Поскольку в нашем мире основным Субъектом является Человек, то и в большинстве рассматриваемых нами ситуаций задающим «эталон» центром будет выступать человек. Это справедливо и для мира техники, и для политики, и для экономики, и для образования, и для производства, и для многих и многих других областей человеческой деятельности. И постольку поскольку Человек является Субъектом, то везде, куда он сумел сунуть свой настырный нос и дотянуться своими шаловливыми ручками, он установил свои «эталоны», и следовательно везде он осуществляет свою «управленческую» деятельность.
А нам нужно попытаться рассмотреть это явление в отрыве от человеческой деятельности, а для этого необходимо найти такие объекты с системой управления, где задающим центром не был бы человек. И мы такие объекты очень хорошо знаем — это все живые организмы: от простейших (бактерий) до сложных многоклеточных.
Как в живом организме осуществляется управляющая функция?
Примеров просто море! Например, в любой клетке есть такие белки, которые выступают в роли фермента, то есть является по сути катализатором — а это значит, что фермент управляет протеканием той или иной химической реакцией в клетке (и играет роль аналогичную транзистору в электронной схеме, только транзистор регулирует протекание токов, а фермент управляет скоростью протекания химической реакции). Этот механизм - катализ - позволяет управлять практически всеми процессами внутри клетки.
Но как понять, что внутри клетки является задающим центром для производства «эталонов» всех этих многочисленных транзисторов-ферментов?
Возьмём для примера такой довольно хорошо изученный в биологии процесс как ионная проводимость на мембране клетки.
Все знают (а если кто не знает, то — знайте), что на мембране любой живой клетки есть разность потенциалов (а разность потенциалов — это ни что иное, как напряжение, совсем как в электрической розетке, только чуть поменьше — где-то 0,05-0,1В или как принято говорить в биологии — 50-100 мВ). Этот потенциал образуется за счет различной концентрации ионов (заряженных частиц) снаружи и внутри клетки. Прежде всего речь идёт о таких ионах, как Протон (Н+), ион Натрия (Na+), и ион Калия (К+), но свой вклад вносят также и другие ионы.
Эта разница в концентрациях ионов получается не просто так и не сама по себе, а за счет целенаправленной и довольно затратной с точки зрения энергии работы клетки. Это так называемый активный ионный транспорт. То есть, это означает, что клетка активно тратит свои силы на то, чтобы пропихнуть тот или иной ион изнутри наружу, или снаружи внутрь.
Самые простые каналы — это протонные. Протон — это всего навсего атом водорода, который к тому же лишен своего электрона, поэтому этот ион самый маленький из всех возможных ионов, и затраты на его транспортировку должны быть самыми низкими. Именно так дело и обстоит. Существует даже такое мнение среди биологов, что именно этот механизм ионного транспорта был самым первым, которым обзавелись клетки, и назвали его биологи "протонным насосом". Роль протонного насоса очень простая — создать на мембране потенциал, который является своеобразным запасом энергии для клетки, как хорошо заряженная батарейка, которую клетка потом может тратить на своё усмотрение и использовать для совершения самой разной своей работы.
И первый вопрос, который нас интересует и который мы можем перед собой поставить, такой: как и чем регулируется работа этого протонного насоса?
Я не нашел точной ссылки, поэтому воспроизвожу свои знания, которые сохранились с времён моего обучения в университете. Нас учили, что существует естественный предел мембранного потенциала, так как за счет созданного самой клеткой напряжения такая маленькая заряженная частица как протон с легкостью пролетает сквозь мембрану обратно внутрь клетки, тем более, что наружу клетка переносит протон затрачивая энергию и совершая работу, а обратно протон проходит сам используя уже созданный клеткой мембранный потенциал. То есть, клетка гонит своим насосом протоны наружу, а они — сволочи — так и наровят сами без спросу проскочить обратно. И понятно, что при таком положении дел довольно быстро установится динамическое равновесие. Что собственно и наблюдается на мембране любой живой клетки.
Но совсем другой расклад с более тяжелыми ионами — натрия и калия. Эти ионы так просто сквозь мембрану не проскочат — им для этого нужно специальное разрешение, и специальные персональные для каждого иона ворота — ионные каналы.
Ионные каналы — это такие довольно сложно устроенные белковые образования, которые вмонтированы в толщу клеточной мембраны, и которые служат для избирательного и направленного транспорта тех или иных ионов через мембрану. И, что для нас особенно важно, работа таких каналов УПРАВЛЯЕМА.
Как и отчего зависит работа этих каналов — этому посвящена не одна научно-исследовательская работа и вручена не одна Нобелевская премия. (Например, Нобелевская премия 2003 года по химии присуждена за исследования, имеющие непосредственное отношение к биологии, а именно к жизнеобеспечению живой клетки. Открытия двух американских ученых - Питера Эгра и Родерика Мак-Киннона - позволили досконально разобраться в том, каким образом протекает водно-солевой обмен клетки с окружающей средой.
Открытый П. Эгром белок — аквопорин - первый, но не единственный из семейства аквапоринов. К настоящему времени известно около 200 разновидностей белков водных каналов у растений и животных, в том числе 11 - у человека. Благодаря аквапоринам клетки не только регулируют свой объем и внутреннее давление, но и выполняют такие важные функции, как всасывание воды в почках животных и корешках растений.
Родерик Мак-Киннон в 1998 году представил трехмерную структуру калиевого ионного канала бактериальной мембраны. Это позволило изучить работу ионного фильтра во всех деталях. Оказалось, что расстояния между атомами кислорода и ионом калия внутри канала в точности соответствуют расстояниям между калием и кислородом воды в растворе. Именно поэтому калий беспрепятственно проходит через канал, а натрий остается в водном растворе.
Изучение мембранных каналов, как водных, так и ионных, имеет не только теоретическое значение. Открытия нобелевских лауреатов 2003 года способствуют пониманию причин заболеваний почек, сердца, мышечной и нервной систем.)
Так как же происходит процесс УПРАВЛЕНИЯ в ионном канале? Изучено ли это?
Возьмем для примера Натриевый ионный канал.
Структура его и принцип работы изучен чуть ли не лучше всех остальных ионных каналов, поэтому я думаю, что проблем у нас с ним возникнуть не должно.
Натриевый ионный канал.
Как видим, натриевый ионный канал действительно работает подобно триггеру (или транзистору), открывая или закрывая проходимость иона Натрия через свои поры. А сигналом к перестройке его конфигурации выступает агент, который подходит к каналу из клетки. Это значит, что клетка сигнализирует каналу о том, что ему пора открываться (или закрываться), а он, как послушный мальчик, с точностью выполняет родительские распоряжения.
А откуда сама клетка «знает», что нужно открывать или закрывать те или иные ионные каналы?
Нет ответа.
Значит, нам нужно продвигаться в своих исследованиях дальше. И вскрывать механизмы управления жизнедеятельностью клетки на более глубинных уровнях.
На каких?
Ну, например, на уровне генома.