Нервные клетки - живые провода - КАК ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ ЦЕЛОСТНОСТЬ ОРГАНИЗМА - ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА КАК САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ОРГАНИЗМ

Постановка проблемы урока

Факт 1. Все самые существенные процессы в организме представляют собой химические превращения.

Факт 2. Нервная система использует для управления организмом электрические сигналы.

• В чём состоит противоречие между этими фактами? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 332).

Повторение необходимых знаний

• Из чего состоят все живые организмы? (§ 4 - 5)

• Почему живой организм называют химической машиной? (§ 6)

• У каких животных впервые появляется нервная система? (7 класс)

• Каковы функции нервной системы? (7 класс)

Решение проблемы

Координирующая функция нервной системы обеспечивает целостность организма

• Какие другие координирующие системы организма вы знаете?

Чем сложнее организм, тем острее становится проблема координации действий его специализированных частей. Например, дыхательная система не имеет прямой связи с пищеварительной, и обе эти системы не получают информации от органов чувств о переменах во внешней среде. А если организму угрожает опасность и необходимо снизить активность пищеварительной системы и увеличить поставки кислорода к мышцам? Кто отдаёт приказ? Важнейшую роль в координации функций многоклеточного организма выполняет нервная система. Организм человека очень сложен, поэтому и управляющая им система чрезвычайно сложна. Она воспринимает и анализирует сигналы об изменениях, происходящих в организме и вне его, запускает ответные реакции, приспосабливающие организм к непостоянным внешним условиям. Нервная система обеспечивает также согласованную работу всех органов и систем, хранит огромное количество информации о предыдущем опыте. Её деятельность лежит в основе чувств, обучения, памяти, психической деятельности человека.

Химический сигнал - хорошо, а электрический - быстрее

• Почему у одноклеточных животных нет нервной системы?

Координация функций клетки осуществляется с помощью химических сигналов. Простейшие — одноклеточные животные — тоже обходятся без нервной системы. Это объясняется небольшим размером клеток. Для них даже невысокая скорость передачи химического сигнала, определённая скоростью диффузии, оказывается достаточной. (Вспомните, как долго кристаллик марганцовки расходится по всему объёму стакана воды.) В большом организме такая скорость передачи химического сигнала оказывается недостаточной. У многоклеточных животных появляется нервная система с электрической передачей сигнала.

15.1. Нам предстоит выяснить, как из клеток организма создаются “провода” и строится его “телеграфная система”

Скорость электрического сигнала гораздо выше, чем химического, но для его передачи необходимы специальные приспособления — провода. Организм человека пронизан такими “проводами и кабелями” — нервами, построенными всё из того же универсального строительного материала — живых клеток. По “живым проводам” электрический сигнал бежит со скоростью 20 — 100 м/сек.

Каждый электрический сигнал порождается химической реакцией, и сам этот сигнал на другом конце клетки порождает химическую реакцию. Главное преимущество электрического сигнала заключается в скорости его передачи.

Клетки нервной ткани приспособлены для проведения электрических сигналов

• Что в организме выполняет роль проводов и изоляции?

Особенности строения нервных клеток — нейронов — тесно связаны с их функциями. В ответ на раздражение нейроны способны генерировать, проводить по своим отросткам и передавать другим клеткам короткие электрические сигналы — нервные импульсы. В этих импульсах закодирована информация, передаваемая от клетки к клетке, поэтому сеть нейронов можно назвать “телеграфной сетью” нашего организма.

Строение нейронов отвечает их функции и сильно отличается от строения других клеток нашего организма (рис. 15.2).

15.2. Общий план строения нейрона

От тела нейрона, содержащего ядро и клеточные органеллы, отходят отростки: несколько более коротких и ветвистых — дендритов и один длинный — аксон. Аксон либо вовсе не ветвится, либо делится на несколько ветвей ближе к окончанию.

Нейроны — не единственный тип клеток нервной ткани.

15.3. Разнообразие нервных клеток - А; строение миелиновой оболочки – Б

15.4. Схема передачи электрического импульса

• К чему может привести утрата миелиновых оболочек?

• От чего зависят число дендритов и степень разветвлённости аксонов?

Пространство между нервными клетка ми и их отростками заполнено специализированными клетками - спутниками, называемыми глиальными (рис. 15.3, Б). У них нет длинных отростков, а их функции отличаются от функций нейронов: они выстилают внутренние полости головного и спинного мозга, играют важную роль в построении нервной системы при развитии организма, регулируют химический состав среды, окружающей нейроны, и участвуют в борьбе ткани с повреждениями и инфекцией.

Нейроны образуют сеть

• Зачем так много нейронов?

Отростки нейронов образуют в нашем организме очень сложную сеть и контактируют с другими клетками, которым и передают информацию о переменах во внутренней и внешней среде. В нервной системе человека более 100 млрд нейронов, и каждый связан отростками со множеством других клеток — нервных, мышечных, железистых и др. Электрический сигнал — это команда для клеток изменить режим деятельности: железистые клетки начинают или прекращают выделять биологически активные вещества, мышечные — сокращаются или расслабляются и т.д. Нервные клетки, получив информацию по дендритам от других нейронов, обрабатывают её и передают дальше по аксону.

Ветвления дендритов создают большую поверхность, благодаря этому количество принимаемых нейроном импульсов других клеток может быть огромным — в некоторых случаях до 100 тыс. сигналов. Тело нейрона тоже принимает сигналы. Функции отдельного нейрона находятся под контролем других нервных клеток, каждый нейрон, выполняя своё “индивидуальное задание”, представляет собой ещё и часть огромного “коллектива”.

Чем крупнее нейрон, тем толще его аксон и выше скорость проведения сигнала. Длина аксона может достигать нескольких десятков сантиметров, а общая длина отростков всех нервных клеток составляет более 300 тыс. км, поэтому скорость проведения сигнала по нервному волокну имеет очень большое значение. Оболочки из жироподобного вещества — миелина, покрывающие аксоны некоторых нейронов, значительно повышают скорость проведения по ним электрического сигнала.

Контакты нейронов обеспечивают проведение сигнала от одной клетки к другой

• Участвуют ли химические вещества в передаче нервного импульса?

В некоторых нейронах импульсы возникают под непосредственным действием различных внешних раздражителей, но в огромном большинстве нервных клеток — под действием сигналов, поступающих через синапсы — места контакта между нейронами (рис. 15.5).

15.5. Строение синапса

Под действием нервного импульса из кончика аксона в узкое пространство между клетками — синаптическую щель — выделяется особое химическое вещество — нейромедиатор. Он воздействует на мембрану следующего нейрона - и импульс распространяется по следующей клетке.

15.6. Нейрон с синаптическими окончаниями

• Какие преимущества создаёт специальная структура - синапс - в передаче нервного импульса?

Некоторые медиаторы возбуждают мембрану нейрона, другие, на оборот, делают её на некоторое время неспособной генерировать импульс, то есть тормозят его дальнейшее распространение по нервной системе. Следовательно, нейромедиаторы могут быть возбуждающими и тормозными, а проведение нервных импульсов и выделение различных медиаторов могут вызывать в нервной системе развитие двух противоположных процессов — возбуждения и торможения.

Формулирование вывода

Нервные клетки существенно отличаются по строению от других клеток организма. Они приспособлены к приёму, обработке и передаче другим клеткам информации в виде электрических импульсов.

Нейрон, нервный импульс, синапс

Применение знаний

1. Почему в клетках нет нервов?

2. Каков биологический смысл использования электрических сигналов в организме?

3. Каково строение нервной клетки?

4. Почему дендриты в отличие от аксонов - сильноветвистые?

5. Отростки нервных клеток иногда покрыты миелиновой оболочкой. Каковы её функции?

6. Как нервный импульс передаётся от одного нейрона к другому?

7. От быстроты реакции часто зависит наша жизнь. Как вы думаете, что является главным ограничением скорости реакции: движение сигнала по нейрону или передача через синапс?

8. Придумайте примеры ситуаций, регулируемых процессами возбуждения и торможения.

9. Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них.