<<
>>

А нельзя ли быстрее?


Скорость ПД — величина очень важная для организма. Чем выше эта скорость, тем короче время реакции, тем быстрее можно заметить врага или добычу. Так что можно предположить, что естественный отбор хорошо «поработал» над скоростью нервного проведения.

Поэтому поставим теперь перед собой следующий вопрос: достигла ли природа в результате эволюции какого-то оптимума в отношении скорости ПД или остались скрытые резервы, которые еще можно использовать?
Посмотрим, нельзя ли было увеличить фактор безопасности, т. е. отношение A!VP. Для этого надо было бы либо увеличить А, либо уменьшить Vp. Амплитуда ПД равна примерно 0,1 В. Почему бы не сделать ее равной, например, 1 В? Оказывается, тут имеются два препятствия. Во-первых, как вы знаете, амплитуда ПД зависит от логарифмов концентрации ионов К+и Na+внутри волокна и вне его. Чтобы иметь ПП в 115 мВ, надо создать разность концентраций калия внутри и вне волокна стократную, а для того чтобы иметь ПП в 150 мВ, надо иметь внутри волокна концентрацию калия в 400 раз выше, чем снаружи (см. гл. 3, формула (3.2)).
Но за повышение амплитуды ПД приходится платить затратами энергии ионных насосов и, таким образом, затраты растут непропорционально достижениям. А в эволюции важна не только быстрота реакции, энергию тоже надо экономить.
Но если даже не думать об экономии энергии, то оказывается, амплитуду НД все равно повышать нельзя. Хотя амплитуда ПД всего 0,1 В, но и толщина мембраны очень мала, поэтому напряженность поля на мембране очень велика, 0,1 В : 10 нм = 109 В/см. Эта напряженность весьма близка к пробойной. Если повысить амплитуду ПД в несколько раз, мембрана будет пробита [***********] .
Итак, амплитуду ПД повысить существенно нельзя. Другим резервом является порог возбуждения: например, вместо 20 мВ сделать его равным 1 мВ и за счет этого сильно повысить скорость. Однако, оказывается, и порог возбуждения существенно понизить нельзя. Выше мы для простоты считали, что ПП — величина постоянная. Однако в действительности это вовсе не так. При переходе ионов калия через мембрану возникают флуктуации — то немного больше ионов перейдет в наружную среду, то во внутреннюю. Из-за этого потенциал на мембране все время флуктуирует, колеблется. Надо чтобы порог возбуждения был заметно выше амплитуды этих флуктуаций, иначе мы будем слышать шум и видеть мелькания, когда во внешнем мире все тихо и темно.
Итак, у природы остается единственный путь увеличения скорости в нервных волокнах — изменение их диаметра. Вспомним, что константа длины (а, значит, и скорость) пропорциональна корню квадратному из диаметра волокна. Значит, чтобы увеличить скорость вдвое, диаметр надо увеличить в 4 раза. И тут возникает новое противоречие в требованиях организма, С одной стороны, хорошо иметь быстропроводящие нервные волокна. С другой стороны, хорошо иметь много нервных волокон, что позволяет лучше анализировать окружающий мир. Но много толстых волокон иметь нельзя, они требуют слишком большого объема. Поэтому приходится решать, какие волокна сделать потолще, какие — потоньше. Ясно, что самыми толстыми должны быть волокна, передающие жизненно важные сигналы.
У многих животных обнаружены гигантские нервные волокна, т. е. волокна особенно большого диаметра. Про гигантский аксон кальмара мы уже много говорили. Но гигантские волокна обнаружены и у дождевых червей,, и у пиявок, и у речного рака, и у других животных, В чем же роль этих волокон?
У дождевых червей п пиявок их гигантские нервные волокна управляют продольными мышцами тела, обеспечивая быстрое укорочение тела животного: отдергивание у пиявки, быстрое втягивание в норку у дождевого червя. Тут нервные волокна обеспечивают защитные реакции.
У кальмара гигантские нервные волокна управляют сокращением мантии. К заднему концу мантии идут более толстые аксоны, а к переднему — несколько более тонкие. В результате такого устройства сигналы, выходящие из ганглия кальмара, управляющего его плаванием, приходят к разным участкам мантии практически одновременно, обеспечивая мощный выброс воды из мантийной полости через воронку и быстрое движение кальмара в воде.
Гигантские аксоны речного рака управляют мышцами хвоста. Возбуждение гигантского аксона вызывает быстрое подгибание хвоста — удар хвостом, в результате чего рак делает резкий рывок назад. Здесь гигантские аксоны тоже обеспечивают защитную реакцию. Толстые аксоны с такими же функциями обнаружены и у насекомых (таракана, сверчка, саранчи и др.).
Интересно, что у некоторых животных, например у дождевого червя, диаметр гигантского аксона сильно меняется, когда червь вытягивается или, наоборот, укорачивается. Считая, что скорость проведения ПД зависит от диаметра волокна, можно было ожидать, что скорость в гигантском аксоне вытянувшегося дождевого червя ниже. Однако измерения скорости, выполненные Т. В. Потаповой и Л. М. Чайлахяном в 1965 г., показали, что скорость в таком аксоне остается одной и той же независимо от диаметра. На первый взгляд, это противоречит теоретическим ожиданиям. Однако наша теория кабеля относится к случаю гладкой мембраны, а у дождевого червя мембрана волокна собрана в «гармошку», что и позволяет аксону сильно менять свою длину. Оказывается, для такой складчатой мембраны теория предсказывает постоянство скорости. Такая теория была развита Ходжкином в 1954 г. для мышечных волокон, которые тоже сильно меняют свою длину при растяжении и сокращении мышцы. 
<< | >>
Источник: Беркинблит М. Б., Глаголева Е. Г.. Электричество в живых организмах. 1988

Еще по теме А нельзя ли быстрее?:

  1. Объекты науки быстрых открытий
  2. Глава четвертая СОВЕТИЗАЦИЯ АЗЕРБАЙДЖАНА: БЫСТРО И БЕЗБОЛЕЗНЕННО
  3. Скрещение сетей И НАУКА БЫСТРЫХ ОТКРЫТИЙ
  4. РУССКАЯ ЭКОНОМИКА, БЫСТРО ПРИВЕДЕННАЯ К КВАЗИАВТОНОМИИ
  5. Преждевременное завершение терапии. Быстрое смягчение или исчезновение симптомов.
  6. Нельзя объять необъятного
  7. Нельзя обЪять необъятного
  8. КАЗНИТЬ НЕЛЬЗЯ ПОМИЛОВАТЬ?
  9. По наружным действиям нельзя судить о человеке
  10. Без труда нельзя войти в Царствие Божие
  11. Почему нельзя понять философию без знакомства с ее историей?
  12. ГЛАВА XXIII НЕТ ТАКОЙ ИСТИНЫ. КОТОРУЮ НЕЛЬЗЯ БЫЛО БЫ СВЕСТИ К КАКОМУ-НИБУДЬ ФАКТУ
  13. Рабочий кабинет Кроче ВКЛАД В КРИТИКУ МЕНЯ САМОГО Почему историк не может сделать с собой то, что он проделывает с другими? В. Гете, Сочинения. 1806 1. О том, что можно и чего нельзя найти на этих страницах
  14. О том, что может быть выражено речью и что не может, и о том, что можно узнать и чего нельзя
  15. Опережающее расселение в космосе как еще одна возможность
  16. Задачи