ЭВОЛЮЦИОННАЯ ФИЗИОЛОГИЯ как наука Эволюционная

ЭВОЛЮЦИОННАЯ ФИЗИОЛОГИЯ как наука

Эволюционная физиология- это наука о причинах возникновения, путях и закономерностях совершенствования и превращения функций животного организма в процессе исторического развития Два взгляда на место ЭФ в системе биологических наук: l Раздел эволюционной теории, исследующий эволюцию функций l Современный этап развития физиологии, являющийся надстройкой над другими ее разделами Эволюционная физиология выдвигает самостоятельные вопросы, использует свои методы и подбирает для исследования тот материал, который помогает разрешить проблему эволюции функций животного организма. (Е. М. Крепс)

Место эволюционной физиологии в подготовке учителя биологии l Все естественнонаучные дисциплины, в том числе предметы биологического цикла в школе преподаются в рамках эволюционной парадигмы l Зачастую положения эволюционного учения лишь постулируются, излагаются поверхностно и бездоказательно l Знание вопросов эволюционной физиологии позволяет обосновывать положения эволюционной теории на глубоком, функциональном уровне

История развития эволюционной физиологии Предпосылки эволюционной физиологии l 17 -18 вв. – создание систематики растений и животных на основе сравнения морфоанатомических признаков способствует развитию эволюционных представлений в биологии l 19 в. - формируются первые эволюционные биологические теории, рассматривающие изменения организмов во взаимодействии с окружающей средой: Ж. Б. Ламарк - теория упражнений Ч. Дарвин – теория естественного отбора

Предпосылки эволюционной физиологии l Додарвиновский период Первая половина 19 в. - Развитие сравнительной физиологии Обоснование необходимости: 1807 г. – Вальтер, курс физиологии человека с сравнительной физиологией животных 1834 -1837 гг. – Мюллер, руководство по физиологии человека Сравнительные исследования: Дюжарден, Шульце – простейшие Мильн-Эдвардс – гидроиды Мюллер - иглокожие Келликер – черви Лейдиг – насекомые Гегенбауэр – кишечнополостные, асцидии

Предпосылки эволюционной физиологии l Додарвиновский период Первая половина 19 в. – Развитие сравнительной физиологии в России Рулье – инстинкты беспозвоночных и позвоночных животных: сложность инстинктов связана с уровнем организации животного и условиями существования вида. Филамофитский – действие наркоза на животных разного уровня организации : протекание этапов наркоза зависит от уровня организации – невозможность межвидового переливания крови

Предпосылки эволюционной физиологии l Последарвиновский период С 60 -х гг. 19 в. – Первые обобщения, касающиеся проблем эволюции функций: 1874 г. – Геккель: «Задачей будущей физиогении явится такая же исчерпывающая и успешная разработка истории развития функций, какая уже проделана морфогенией в отношении развития формы» 1875 г. – Энгельманн : эволюция сократительных тканей 1875 г. – Дорн: принцип мультифункциональности и смены функций Ковалевский: сравнительная гистофизиология выделительных органов беспозвоночных - выводы о функциональной аналогии органов различного происхождения 1878 -8484 гг. – Мечников: эволюция внутриклеточного пищеварения от одноклеточных до высших беспозвоночных и позвоночных – выводы об изменении его функции с питательной на защитную.

Предпосылки эволюционной физиологии l Последарвиновский период Проблема соотношения организма и среды, роль среды в эволюции живого Бернар – идея о двух средах, внешней и внутренней – основа изучения эволюции водно-солевого обмена Сеченов – идея единства организма и среды, основы эволюционной нейрофизиологии Начало 20 в. – дальнейшее развитие изучения морфофункциональных закономерностей эволюции 1908 г. – Люкас: брошюра «Эволюция функций» - обоснование необходимости использования эволюционного принципа в физиологических исследованиях на клеточном уровне. 1912 г. – Плате: принцип расширения и интенсификации функций 1925 г. – Федотов: принцип физиологической субституции 20 -30 -е гг. Г Смит - сравнительно-физиологические и онтогенетические исследования этапов эволюции осморегулирующей функции почек позвоночных

Развитие эволюционной физиологии как науки А. Н. Северцов: 1914 г. – наряду с эволюционной морфологией необходимо самостоятельное развитие эволюционной физиологии с ее эмпирической и теоретической областью. Теория филэмбриогенеза: эволюционные изменения и превращения функций наиболее ярко выявляются в эмбриональном периоде развития И. П. Павлов: 20 -е гг. - активно способствует развитию эволюционного подхода в физиологических исследованиях, в т. ч. при изучении условнорефлекторной деятельности. 1923 г. – Е. М. Крепс : Лаборатория сравнительной физиологии морских организмов - приспособления к изменению солености среды, особенности обмена веществ в мышцах беспозвоночных в зависимости от филогенетического положения

Развитие эволюционной физиологии как науки 1932 г. – Х. С. Коштоянц: публикует работу, в которой обосновывает необходимость проведения сравнительно-физиологических и онтогенетических исследований как основы разработки проблем эволюционной физиологии в рамках теории эволюции. 1933 г. – Л. А. Орбели: программная работа «Об эволюционном принципе в физиологии» - обосновывает необходимость поиска путей самостоятельного развития эволюционной физиологии для создания теории исторического развития функций. 1939 г - Орбели создает Институт эволюционной физиологии и патологии ВНД им. Павлова. Идет активная разработка проблем и методов ЭФ 40 -50 -гг. - приостановка развития ЭФ 1956 г. – выступление Орбели на 1 -м совещании по эволюционной физиологии: – новая формулировка методов и целей ЭФ – идея о разработке проблем эволюции функций и функциональной эволюции – создание Института эволюционной физиологии им. И. М. Сеченова АН СССР

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН Руководители института: Л. А. Орбели А. Г. Гинецинский Е. М. Крепс В. А. Говырин В. Л. Свидерский Н. П. Веселкин Фундаментальная проблема: Изучение развития и адаптации функций в эволюции животных и человека Её направления объединены единой идеологией, суть которой во вскрытии физиолгических, биохимических и структурных основ эволюции функций: l 1. Эволюция нервной системы l 2. Эволюция вегетативных функций и механизмов гомеостаза l 3. Молекулярные основы эволюции функций l 4. Эволюция взаимодействия организма и среды

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН Основные научные достижения: l Выявлены закономерности эволюционного развития систем управления движениями в ряду беспозвоночных. Показано единство основных принципов управления движениями у этих животных, у млекопитающих и человека l На основании изучения эволюции почек и водно-солевого обмена показано своеобразие закономерностей эволюции на уровне клеток, функциональных единиц органов, органов и физиологических систем. l Выявлены особенности изменения водно-солевого обмена в условиях космического полета l Исследована медиаторная и канально-рецепторная специфичность функционально различных типов нейронов у разных групп позвоночных животных. Удалось вплотную приблизиться к расшифровке механизма деятельности нейронной сети спинного мозга, управляющей двигательной активностью позвоночных животных

Предмет эволюционной физиологии Рассматривается в двух аспектах, выделенных Орбели: 1. эволюция функций, т. е. процесс их формирования и изменения в зависимости от внутренних и внешних факторов. 2. функциональная эволюция: каковы общие закономерности физиологического развития организма, почему именно так, а не иначе шло формирование и развитие новых функциональных отношений. Уголев: «Предметом ЭФ является физиология различных групп бионта, сопоставление частных закономерностей и формулирование общих принципов функционирования живой материи, а также закономерности развития функций»

Структура эволюционной физиологии В соответствии с предметом, включает два раздела: 1. Эволюция функций Рассматриваются проблемы становления функции на уровне: v функциональной системы v органа v функциональной единицы v специализированной клетки 2. Функциональная эволюция Рассматриваются проблемы: v физико-химических основ эволюции v целостности v происхождения и механизмов адаптации v функциональной специализации клеток v взаимосвязи функциональных систем v человека

Методы эволюционной физиологии Орбели выделял следующие методы ЭФ: l Сравнительно-физиологический l Онтогенетический l Клинический l Методы специальных экспериментальных приемов Выделяют также l Палеофизиологический и палеобиохимический l Эколого-физиологический Рассмотрим подробнее особенности, возможности и ограничения каждого метода.

Принципы эволюционной физиологии l Общие естественно-научные: § Историзма § Системности § Самоорганизации l Общие физиологические § Единства структуры и функции § Единства организма и среды l Общие эволюционные § Направленности биологической эволюции § Необратимости биологической эволюции § Взаимосвязи биологической и геологической эволюцции

Принципы эволюционной физиологии l Принципы эволюции функций Проблемы эволюции функций должны рассматриваться на всех уровнях организации физиологических систем 1. Принципы эволюции специализированной клетки: ü Специализации ультраструктур ü Полимеризации и олигомеризации органелл (Догель) ü Специализации распределения мембранных структур 2. Принципы эволюции функциональных единиц: ü Дифференцировки ФЕ ü Интенсификации процесса ü Полимеризации

Принципы эволюционной физиологии l Принципы эволюции функций 3. Принципы эволюции органа: ü Мультифункциональности и смены функций (Дорн) ü Множественного обеспечения функций (Маслов) ü Интенсификации функций (Северцов) ü Уменьшения числа функций ü Расширения функций (Плате) ü Компенсации функций (Догель) ü Надстройки (Орбели) ü Физиологической субституции (Федотов) 4. Принципы эволюции функциональных систем ü Увеличения стабильности поддержания основных констант ü Возрастания числа регуляторных факторов ü Расширения адаптивных возможностей

Принципы эволюционной физиологии Принципы функциональной эволюции l в процессе усложнения уровня организации и установления новых отношений в организме старые функции не исчезают, а оказываются заторможенными, замаскированными филогенетически более молодыми функциями (Эдингер, Джексон, Асватцуров) l по мере индивидуального и исторического развития организма возрастает управляющее влияние нервной системы на рабочие органы (Орбели) l Онтогенетическое развитие идет по функциональным системам, созревание которыхв процессе индивидуального развития происходит разновременно (Анохин).