Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе

Если же предположить, что источником энергии для нервного импульса является само раздражение его электричеством, то развитие такой идеи приведёт к переосмыслению причин и следствий мембранных процессов в клетке. (Возможно, ветер дует не от того, что деревья качаются?)

Есть в модели Ходжкина-Хаксли и ещё один не бросающийся в глаза изъян. Нет описания того, как потенциал действия проходит через сому – тело клетки. Обычно описывается момент раздражения уже в аксоне и дальнейшее распространение ПД. Но что является спусковым крючком, запускающим этот механизм в естественных условиях? Как передаётся сигнал от дендрита к аксону? Ведь возникает он только в районе аксонного холмика. А на мембране в районе сомы ПД нет. Объективно говоря, в современной литературе говорится, что мембранный потенциал присутствует на мембране в районе сомы. Но этим утверждением все и заканчивается.

Современной науке известно много конкретных недостатков в модели Ходжкина-Хаксли, но отказаться от неё невозможно, за неимением иного объяснения. А найти новое объяснение невозможно, не отказавшись от имеющейся модели.

Альтернативная версия нервного импульса

Источники

Помните, рассматривая историю мембранной теории, мы выделили в качестве предпосылок её появления: 1) открытие осмоса, 2) теорию электролитической диссоциации, 3) гипотезу Бернштейна и 4) кабельную теорию Томсона.

Ходжкин и Хаксли обобщили эти идеи и родилась современная мембранная теория, объясняющая природу нервного импульса.

В этой главе, мы, не отбрасывая ни одной из выше перечисленных предпосылок, дополним их ещё тремя: 1) биоэлектрогенез, 2) солитоны и 3) пульсовые волны.

Биоэлектрогенез

Я уже упоминал, как американские биологи Кол и Кертис для исследования мембранных потенциалов догадались использовать водоросли нителлы.

Для того чтобы сохранить за собой возможность критически оценивать теорию мембранных потенциалов при распространении нервного импульса, сто́ит заострить внимание на открытиях, сделанных задолго до Кола и Кертиса.

Биоэлектрогенез – это способность живых организмов к генерации электрических потенциалов. Он является универсальным свойством всех живых организмов, включая растения.

Дело в том, что электрические потенциалы возникают на любых живых мембранах, разделяющих среды с неодинаковой плотностью электролита. Исследовано множество жизненно важных процессов, в которых этот потенциал участвует. Хотя, возможно, первый из них – поддерживать упругость живой клетки, за счёт создания внутреннего осмотического давления.

Если у животных величина потенциала покоя на мембране клетки колеблется в диапазоне —50 до —80 мВ, то у растений он примерно в два раза выше, около —150 мВ, а у некоторых водных растений он может достигать целых —270 мВ.

Может показаться странным, но в клетках растений присутствуют не только потенциалы покоя, но и потенциалы действия. Причём последние по современным представлениям являют собой импульсную, распространяющуюся электрическую реакцию, возникающую в ответ на действие неповреждающих раздражителей, таких как импульсное или постепенное охлаждение, механическое воздействие, действие раствора кислоты на корни или участок стебля без эпидермиса и др.

На способность высших растений генерировать электрические импульсы учёные обратили внимание ещё в конце XIX века. Возможно самым первым, описал потенциалы действия у растений индийский учёный Джагадис Чандра Бозе (Jagadish Chandra Bose), изучавший растение с двигательными реакциями – Mimosa pudica, которую иногда называют «электромимозой».

Известны также описания опытов XIX века английского исследователя Бэрдена Сандерсона, проводимых на Венериной мухоловке. А начало систематического исследования возбудимости у высших растений связано с именем Боса, который в 1964 году впервые экспериментально обосновал, что в проводящих тканях мимозы может возникать и распространяться потенциал действия.

В течение долгого времени предполагалось, что распространение электрических потенциалов, в ответ на действие внешних раздражителей, присуще только растениям с быстрыми локомоторными функциями, а остальные растения не обладают таким свойством. Однако усилиями преимущественно отечественных учёных в 60—70 годах XX века было доказано существование ПД и у «обычных» высших растений.

На сегодняшний день распространение ПД в тканях растений так же, как и в нервных клетках, считается электротоническим. Однако среда распространения несколько иная. Если в нерве, распространение происходит преимущественно вдоль нервного волокна, то у растений такой средой является, по-видимому, симпласт, т. е. единое пространство, образованное цитоплазмами клеток, соединённых плазмодесмами1. Надо отметить, что такая среда распространения ПД не является уникальной чертой растений. Так, например, синцитий, по которому происходит распространение ПД в клеточных образованиях мышцы сердца, представляет собой похожую структуру – совокупность связанных между собой клеток.