- Животное – это суперорганизм, представляющий собой совокупность макрофага и его нормальной микрофлоры — биоплёнок, составляющих его слизистые оболочки, и грибков.
- У всех макрофагов имеется ряд жизненно важных физиологических функций, которые могут быть реализованы только в составе суперорганизма животного.
Необходимость участия биоплёнок в пищеварительном процессе
Макрофаги проглатывают пищу кусками, величина которых намного превосходит размер даже самой большой органической молекулы.
анаконды могут проглотить целого ягнёнка;
лягушки проглатывают целиком насекомых;
пища жуков-навозников содержит, кроме непереваренных остатков живых тканей, целые микроорганизмы;
большинство хищников, трупоедов и растительноядных проглатывают различные фрагменты тканей других макрофагов или растений.
Для того, чтобы пища могла усвоиться макрофагом, т.е. проникнуть в клетки его организма, она должна пройти процесс переваривания, при котором проглоченные куски расщепляются на молекулы, способные пройти через специальные каналы в цитоплазматической мембране клеток.
Процесс переваривания пищи состоит из двух стадий:
- деструкция проглоченных кусков до отдельных молекул; при этом значительную часть составляют полимерные молекулы, слишком большие для усвоения.
- расщепление полимерных молекул на мономеры.
Для выполнения второй стадии у всех макрофагов имеются специальные железы, вырабатывающие пищеварительные ферменты. ферменты карбогидразы расщепляют полисахариды на моносахара, протеазы – белки на аминокислоты, липазы – липиды на моноглицериды и жирные кислоты, нуклеазы – нуклеиновые кислоты на нуклеотиды.
Между тем, первая стадия обеспечена оборудованием значительно меньше. Имеющиеся у некоторых макрофагов устройства для механического измельчения пищи в частности, жевательный аппарат, особенно развитый у жвачных растительноядных, или движение стенок желудка не могут полностью осуществить первую стадию. у змей, проглатывающих наиболее крупные макрообъекты, аппарат механического измельчения отсутствует; перетирание пищи зубами у жвачных животных даёт частицы, размер которых на несколько порядков превосходит размер молекул , а вырабатываемые пищеварительные соки не могут сами по себе привести к распадению кусков пищи на молекулы и играют только вспомогательную роль.
Разложение макрообъектов на молекулы может быть произведено только при участии живущих в слизистых оболочках пищеварительной камеры микроорганизмов-деструкторов (бактерий-макромолекулотрофов, а у животных суши также и грибков-органотрофов). По мере продвижения частиц пищи в пищеварительной камере на них высаживаются и включаются в работу новые виды деструкторов, а ранее высаженные дезактивируются и сами подвергаются разложению.
- Для реализации первой стадии процесса пищеварения на каждом участке стенки пищеварительной камеры должны постоянно вырабатываться новые представители соответствующих видов деструкторов.
- Регулярную поставку бактерий и других микроорганизмов нужных видов могут осуществлять только биоплёнки в слизистых оболочках пищеварительной камеры, состав которых различен на разных участках камеры.
Биоплёнки пищеварительной камеры – поставщики недостающих витаминов
Протеазы, т.е. разлагающие белки пищеварительные ферменты, получают в качестве начального субстрата различные ферменты, содержащиеся в перевариваемых клетках.
Все ферменты представляют собой сложные макромолекулярные комплексы, имеющие белковую часть – апофермент, в которой сосредоточена почти вся масса, и сравнительно небольшую молекулу небелковой природы – кофермент, образующую активный центр фермента.
В теории питания свободные (отделившиеся от фермента) молекулы кофермента или их близкие производные относятся к витаминам.
Этот термин не распространяется на коферменты, включающие катионы металлов.
К витаминам принято относить органические вещества, которые должен получать организм животного извне для поддержания нормальной жизнедеятельности и которые не являются пептидами, углеводами или липидами. Кроме коферментов, в число витаминов входят т.н. информационные регуляторные посредники, выполняющие сигнальные функции экзогенных прогормонов и гормонов.
В результате работы протеазы апофермент поступившего для обработки субстрата-фермента разлагается на аминокислоты и освобождается кофермент, т.е. молекула витамина или группа, содержащая металлоион. Заметим, что после разложения одного ферментного комплекса количество образовавшихся молекул аминокислот исчисляется тысячами и десятками тысяч, а количество молекул витаминов – всего лишь единицами.
Таким образом, после завершения второй стадии пищеварения образуется большое количество молекул мономеров (аминокислот, моносахаров, нуклеотидов и т.д.), которые имеют характер универсальных «кирпичиков», т.е. могут быть использованы при построении обширного многообразия белков, полисахаридов и других полимерных молекул, и на несколько порядков меньшее количество молекул витаминов, которые весьма специфичны и используются при построении вполне определённых типов макромолекул.
Это означает, что количество и состав образовавшихся после завершения второго этапа пищеварения молекул витаминов зависит не только от количества, но и от качественного состава пищи и может оказаться недостаточным для удовлетворения нужд организма животного.
Чтобы связанный с животным макротроф мог эффективно выполнять свою роль в условиях конкретной локальной биоты, недостаток каких-либо витаминов или других органических молекул в наиболее характерной для данной биоты пище восполняется синтезом недостающих молекул микроорганизмами, входящими в состав биоплёнок – слизистых оболочек пищеварительной камеры.
В настоящее время твёрдо установлено, что
- в организме человека кишечные микроорганизмы способны продуцировать целый ряд витаминов, причём «внутренний синтез витаминов в ряде случаев имеет большее значение для организма и играет более важную роль, чем поступление витаминов в составе пищи. Так, наш организм полностью обеспечивает себя витаминами В6, В12, пантотеновой кислотой и фолиевой кислотой посредством синтеза их собственной кишечной микрофлорой.»
Академиком А.М. Уголевым и его сотрудниками установлено также, что нормальная микрофлора толстого кишечника вырабатывает те «незаменимые» аминокислоты, из-за которых был вечный спор между вегетарианцами и мясоедами.
Другими важными функциями кишечной микрофлоры, как отмечают С.В. Бельмер и Т.В. Гасилина, являются:
- «обеспечение антиинфекционной защиты, стимуляция иммунных функций макроорганизма, питание толстой кишки, обеспечение всасывания минералов и воды, …, регуляция липидного и азотистого обменов, регуляция кишечной моторики».
Предотвращение засорения лёгких биоплёнками трахеи и бронхов
Животные суши
Органы дыхания животных суши представляют собой пылесос с мокрым фильтром, работающий 24 часа в сутки. То, что дыхательные пути и, в частности, лёгкие не забиваются пылью, означает, что фильтры постоянно очищаются.
В верхних дыхательных путях – полости носа и глотке – происходит очистка от оседающих там наиболее крупных частиц. Попавшие на слизистую оболочку носа и глотки частицы перегоняются вместе со слизью, минуя гортань, в пищевод, проглатываются, а затем обрабатываются в пищеварительном тракте, как и другая пища.
Миновавшие первую линию защиты частицы имеют очень малый размер (порядка микрометра и менее) и представляют собой либо микрокристаллики минералов, либо органические частицы – чаще всего пыльцу растений или споры грибов. При попадании на слизистую трахеи и, особенно, на слизистые разветвлённой системы бронхов микрокристаллы, вероятно, поглощаются и растворяются бактериями-сконетрофами, а органические частицы разлагаются под воздействием грибков-органотрофов. Иначе говоря, у всех животных суши биоплёнка – слизистая оболочка органов дыхания – имеет в своём составе бактерии и грибки, растворяющие все возможные типы микро- и нанопылинок. То же относится к конъюнктиве – слизистой оболочке глазного яблока.
Если количество поступающей в лёгкие пыли оказывается слишком велико, биоплёнка перестаёт справляться с её растворением, что может привести к тяжёлым заболеваниям.
Широко известны профессиональные болезни шахтёров – силикоз и антракоз .
Животные, дышащие жабрами
Жабры животных, живущих в воде, также представляют собой фильтр и должны были бы без постоянной очистки забиваться взвешенными в воде твёрдыми частицами. Это означает, что в жабрах также имеется очищающая их биоплёнка.
Приманка жертвы у рыб-удильщиков
Повсеместно живущие в Мировом океане на больших глубинах хищные рыбы-удильщики приманивают жертву с помощью «лампы» – специального светящегося органа иллиция («удочки»). Иллиций представляет собой железу, заполненную слизью, в которой заключены биолюминесцентные бактерии. Свечение этих бактерий определяется величиной притока кислорода, поэтому лампа включается при расширении артерий, питающих железу кровью, и выключается при их сужении.
Как появляются биоплёнки в организме животного
Сначала отметим некоторые факты:
- У претерпевающих метаморфоз лягушек при подготовке перехода от жизни в воде к жизни на суше полностью меняются не только все органы, но должен также полностью смениться и состав биоплёнок, связанных с пищеварением и дыханием.
- У младенцев, переходящих от грудного вскармливания к обычной пище, во всех отделах кишечника должна появиться своя специфическая новая биоплёнка.
- У рыбы-удильщика в процессе созревания появляется новый орган – иллиций, который имеет биоплёнку, содержащую люминесцентные бактерии.
Из этих и множества других подобных фактов следует, что
- В процессе развития организма животного в различных его органах постоянно появляются новые, жизненно необходимые для него биоплёнки.
- Новые биоплёнки всегда появляются в полном составе (иначе они не могут существовать) в нужное время и в нужном месте.
Как это может происходить? Первый приходящий в голову ответ гласит:
Новые биоплёнки случайно попадают в полном составе в нужное время и в нужное место из внешней среды.
По отношению к грибкам такой ответ выглядит достаточно убедительно: споры продуцируются грибками в колоссальных количествах, так что ими, как и пыльцой растений, пропитан весь воздух. Кроме того, грибки действуют самостоятельно и слабо зависят от биоплёнки, в которую они попали.
Для бактерий, однако, всё обстоит ровно наоборот: количество видов бактерий, переносимых с пылью, значительно меньше числа видов, используемых в биоплёнках, и бактерии могут функционировать только в биоплёнках определённого состава. И ещё один важный довод – многие биоплёнки, в которых живут бактерии, не имеют непосредственного контакта с внешней средой. Это относится, в частности, к иллицию, в котором живут биолюминесцентные бактерии удильщика. Таким образом, случайное попадание бактерий в нужное время и в нужное место практически исключено.
Более реальным представляется альтернативный вариант:
Организм животного сам производит все связанные с ним биоплёнки с населющими их бактериями подобно тому, как продуцируются форменные элементы крови и половые клетки.
Если это предположение правильно, то каждая из продуцируемых бактерий должна получать свою бактериальную хромосому (кольцевую ДНК) как копию определённого фрагмента ДНК макрофага-хозяина. Иначе говоря, в этом случае выполняется условие:
в геноме животного должны содержаться, в частности, геномы всех бактерий, входящих в связанные с ним биоплёнки.
Проверка правильности этого утверждения может окончательно подтвердить или опровергнуть вывод, выделенный тёмно-красным цветом.
Дата последнего обновления: 2010-04-05