Физиология

Физиология (от греч. physis — природа и ...логия) — наука, изучающая процессы жизнедеятельности (функции) животных и растительных организмов, их отдельных систем, органов, тканей и клеток.

Физиология человека и животных

Физиологию человека и животных разделяют на несколько тесно связанных между собой дисциплин.

  • Общая физиология исследует природу процессов, общих для организмов различных видов, а также общие закономерности реакции организма и его структур на воздействие внешней среды. К её разделам относятся:
  • Частная (специальная) физиология исследует функциональные особенности отдельных классов и групп животных (например, сельскохозяйственных животных, птиц), а также отдельных органов (например, печени) или систем (например, нервной).
  • Прикладная физиология изучает особенности организма человека в специфических условиях жизнедеятельности. К её направлениям относятся:
    • авиационная физиология,
    • космическая физиология,
    • подводная физиология,
    • физиология труда и другие.
  • Патологическая физиология — специальная дисциплина, которая, в отличие от нормальной физиологии, выясняет закономерности развития и течения патологических процессов в организме.

Исторический очерк

Первые данные о физиологических функциях (дыхании, пищеварении и других) относятся к глубокой древности. Однако вплоть до XVIII века физиология развивалась как часть анатомии и медицины.

  • XVII—XVIII века: Рождение физиологии как самостоятельной науки связывают с работами Уильяма Гарвея, описавшего работу сердца и циркуляцию крови в организме (1628). На этом этапе в физиологии начинают активно использоваться идеи и методы механики, физики и химии.

    • Ключевые достижения: открытие рефлекторного принципа деятельности организма (Рене Декарт), изучение механизма дыхательных движений (Джованни Борелли), анализ лучепреломления в глазу (Кристоф Шейнер), формирование представлений о химической сущности дыхания (Антуан Лавуазье) и пищеварения (Рене Реомюр, Ладзаро Спалланцани), открытие биоэлектрических явлений (Луиджи Гальвани).
    • В России развитие физиологии началось в первой половине XVIII века.

  • XIX век: Развитие физиологии определили открытия в органической химии, закон сохранения энергии, клеточная и эволюционная теории. Важную роль сыграли достижения в физике и создание новых экспериментальных методов (Карл Людвиг).

    • Физиология окончательно отделяется от анатомии, формируются самостоятельные разделы: нейрофизиология, эндокринология, физиологическая химия.
    • Крупные успехи: создание рефлекторной теории нервной деятельности (Франсуа Мажанди, Клод Бернар, Иоганнес Мюллер, Иван Сеченов), исследование механизмов секреции и всасывания (Рудольф Гейденгайн), разработка основ теории зрения и слуха (Герман Гельмгольц).
    • Существенный вклад внесли русские учёные: Ф. В. Овсянников (открыл сосудодвигательный центр), Н. Е. Введенский (развил учение о парабиозе и роли частоты импульсации), И. М. Сеченов (анализ газового состава крови, идеи о рефлекторной основе психики).

  • Рубеж XIX—XX веков: Мировую известность получили труды И. П. Павлова, поставившего на научную основу физиологию пищеварения, открывшего условный рефлекс и создавшего учение о высшей нервной деятельности. Его идеи о ведущей роли нервной системы определили основное направление исследований в отечественной физиологии.

  • XX век: Отмечен рядом фундаментальных открытий:

    • Создание учения о вегетативной нервной системе (Джон Ленгли).
    • Формулировка концепции гомеостаза (Уолтер Кеннон).
    • Исследование адаптационно-трофических функций нервной системы (Л. А. Орбели).
    • Создание учения о доминанте (А. А. Ухтомский).
    • Установление принципов интегративной функции мозга (Чарльз Шеррингтон).
    • Развитие мембранной теории возбуждения (Алан Ходжкин, Эндрю Хаксли и другие).

Современное состояние и задачи

Развитию современной физиологии способствуют новые теоретические концепции, а также методы, основанные на достижениях физики, молекулярной биологии и информационных технологий.

Актуальные задачи:

  • Исследование молекулярных механизмов различных функций.
  • Изучение принципов передачи и переработки информации в сенсорных системах.
  • Расшифровка центральных механизмов регуляции вегетативных функций.
  • Понимание нейронных основ психической деятельности.

Современная физиология тесно связана с другими науками: использует данные биохимии, биофизики, генетики, кибернетики; традиционно взаимодействует с морфологическими науками (анатомия, гистология) и медициной. Физиология высшей нервной деятельности связана с этологией, психологией и когнитивными науками. Физиология сельскохозяйственных животных имеет ключевое значение для ветеринарии, животноводства и зоотехники.

Физиология растений

Физиология растений первоначально развивалась как часть ботаники. Начало экспериментальным исследованиям положили опыты Яна ван Гельмонта по питанию растений (первая половина XVII века).

Основные этапы развития

  • Конец XVIII века: Открытие фотосинтеза (Джозеф Пристли, Жан Сенебье).
  • XIX век: Изучение ростовых движений — тропизмов (Чарльз Дарвин и другие); разработка теории минерального (почвенного) питания растений (Юстус Либих, Жан-Батист Буссенго).
  • Конец XIX — начало XX века: Интенсивное изучение механизмов дыхания растений (Владимир Палладии, Алексей Бах).

Вклад отечественных учёных

Основатели русской физиологии растений — А. С. Фаминцын (фундаментальные исследования обмена веществ и энергии) и К. А. Тимирязев (исследование роли хлорофилла в фотосинтезе, обоснование космической роли зелёных растений).

Крупный вклад в XX веке внесли:

  • С. П. Костычев (биохимия и экологическая физиология растений).
  • Н. А. Максимов (водный режим, физиология засухо- и морозоустойчивости).
  • Д. А. Сабинин (функциональная роль корней, физиология роста и развития).
  • А. Л. Курсанов (интеграция функциональных систем, транспорт ассимилятов).
  • А. А. Ничипорович (теория фотосинтетической продуктивности).
  • М. Х. Чайлахян (гормональная теория развития, регуляция цветения).
  • Р. Г. Бутенко (морфогенез в культуре изолированных клеток и тканей).

Методология и основные разделы

Методология основана на представлении о растении как о сложной саморегулируемой системе с иерархией структурных уровней — от целого организма до макромолекул. Наряду с классическими методами (полевые опыты, водные культуры) используются методы молекулярной биологии, культура клеток и тканей (основа клеточной биотехнологии).

Основные разделы физиологии растений: