Умный и сознающий. 4 миллиарда лет эволюции мозга - Джозеф Леду

база с 1989 года. Весь университет и мой родной факультет – Центр нейробиологии – поддерживают меня на этом пути, дают возможность строить научную карьеру, параллельно работая над книгами и в каком-то смысле даже сочиняя музыку.

Вот уже почти два десятилетия Уильям Ченг ведет мои дела в Университете Нью-Йорка. Именно он приводит в порядок тексты и иллюстрации и помогает везде, где требуется. Клаудия Фарб и Миан Хоу, также давно работающие в университете, помогли мне подобрать нужные слова. Благодарю всех студентов, аспирантов, кандидатов наук, приглашенных профессоров и ученых, которые помогали мне в исследованиях.

В заключение хочу поблагодарить всех, кто играл и играет в группе Amygdaloids, за дружбу, совместное музыкальное творчество и интеллектуальную стимуляцию – Тайлера Волка, Дэниеллу Шиллер, Нину Кёрли, Джеральда Макколлума, Амманду Торп и Колина Демпси. Мы потрясные ученые.

Пролог

Зачем же?

Когда я рассказал приятельнице о том, что пишу книгу об истории жизни, она спросила: «Зачем ты взялся за эту тему?» Она знала, что бо́льшую часть своей научной карьеры я посвятил изучению цепей в мозге, лежащих в основе поведенческих реакций крыс на опасность, и поиску ответа на вопрос о том, как эта информация помогает нам понять хотя бы отдельные аспекты человеческих эмоций, особенно таких, как страх и тревога.

Отчасти ответом на вопрос моей приятельницы может служить утверждение, что если мы действительно хотим понять человеческую природу, нам придется разобраться в истории эволюции. Как однажды заметил биолог Феодосий Добржанский, в биологии вообще все бессмысленно, кроме эволюции. Это утверждение справедливо и в отношении поведения.

Мысль о том, что поведение и эволюция взаимосвязаны, не нова: ее высказывал еще Дарвин, а также основоположники этологии – Николас Тинберген и Конрад Лоренц. А вот доминировавшие в физиологии первой половины XX века бихевиористы на эволюцию обращали мало внимания. Для современных психологов и нейробиологов это утверждение – ключевой фактор.

Обычно попытки понять эволюцию поведения (особенно если их предпринимают нейробиологи) сводятся к отношениям между тесно связанными группами – такими, как люди и другие млекопитающие, – и на то, безусловно, есть причины. Так, например, если мозг контролирует поведение, исследование развития мозга у представителей таких групп позволяет объяснить эволюцию их (а также нашего) поведенческого спектра. Однако существуют причины заглянуть еще глубже. Исследования, в ходе которых сравнивают млекопитающих (зачастую грызунов) и беспозвоночных (таких, как мухи и черви), доказывают наличие такой связи и помогают понять, как у нас работает память. В этой книге я решил пойти еще дальше, то есть забраться очень глубоко, до момента возникновения жизни, и даже углубиться в предшествовавший ему период – так называемое добиологическое химическое состояние Земли, благодаря которому появилась биология как таковая и все живое.

Эволюция мозга и поведения меня так или иначе интересовала всегда, но заняться этой темой серьезно не получалось до 2009 года – мне тогда дали академический отпуск, который я провел в Кембридже, где подружился с нейробиологом Сетом Грантом. Мы с Сетом познакомились еще в Колумбийском университете, где после защиты докторской он работал в лаборатории нобелевского лауреата Эрика Кандела. Там Грант начал исследовать эволюцию генов, участвующих в синаптической пластичности. Эта работа была призвана объяснить принципы биологических механизмов обучения и запоминания; ее Грант продолжил в Кембридже.

Сет обнаружил параллели в связанных с пластичностью генах грызунов и морских слизней и предположил, что и те и другие унаследовали способность к обучению от общего предка, жившего миллионы лет назад. Но что еще интереснее, некоторые из этих генов есть даже у одноклеточных простейших, и это очень важно: получается, у животных и современных одноклеточных был общий простейший предок, обитавший миллиарды лет назад. Значит, и в нашей нервной системе есть ответственные за обучение гены, которые могли достаться нам от таких микробных предков.

Если вы понимаете, что такое простейшие, возможно, эти выводы заставят вас призадуматься. Большинство из тех, кто вообще размышляет о поведении или изучает его, считают его продуктом нервной системы, но простейшие – это одноклеточные организмы, у которых нет нервной системы, потому что для нее нужны специальные клетки – нервные, – а у них всего одна многофункциональная клетка. Несмотря на это, простейшие демонстрируют совершенно разнообразное поведение: уплывают от вредных химикатов и стремятся к полезным, используют полученный в прошлом опыт, чтобы реагировать на то, что с ними происходит в настоящем, подразумевая наличие способности к обучению и запоминанию. Логично предположить, что для поведения, обучения и запоминания нервная система на самом деле не нужна.

Для меня этот вывод стал настоящим откровением, и я провел небольшое исследование, чтобы выяснить, что нам известно о поведенческих возможностях одноклеточных организмов. Выяснилось, что они не только умеют избегать опасности и стремиться к питательным веществам, но также способны приближаться к химическим веществам и солнечному свету или отдаляться от них, чтобы регулировать баланс жидкостей и температуры внутри клетки относительно окружающей среды. Простейшие даже демонстрируют брачное поведение – секс – с целью воспроизводства себе подобных.

Простейшие – относительно новые одноклеточные организмы: они появились примерно два миллиарда лет назад и, по всей вероятности, развились из других известных нам одноклеточных существ – бактерий, старейших живых организмов, которые появились примерно 3,5 миллиарда лет назад. Бактерии демонстрируют многие виды поведения, наблюдаемые у простейших, но у них поведение появилось раньше. Бактерии приближаются к полезным веществам, существующим в их мире, и отдаляются от вредных; кроме того, они даже способны запоминать, что в их мире полезно, а что вредно. Правда, брачного поведения у них нет, поскольку они размножаются делением. Секс – предмет поведенческой гордости произошедших от бактерий эукариотов, включающих в себя и простейших, и животных.

Когда животные замирают или спасаются, чтобы защититься, питаются и пьют, чтобы зарядиться энергией и поддержать жидкостный баланс, демонстрируют брачное поведение, чтобы спариться, ученые и обыватели часто описывают такую их деятельность как выражение подспудных психологических состояний – такого осознаваемого опыта, как страх, голод, жажда и сексуальное удовлетворение. Поступая так, мы успешно проецируем наш собственный опыт на другие организмы, но древность этих поведенческих схем и тот факт, что они появились задолго до нервной системы, возможно, заставляют нас задуматься, прежде чем делать такие субъективные выводы.

В этой книге я высказываю мнение о том, что у схем поведения, способствующего выживанию, существуют глубокие корни, сформировавшиеся в момент появления всего живого. Позже у животных появились нейроны и схемы, благодаря чему их поведение стало целенаправленным и эффективным. Независимо от того, состоят живые организмы всего из одной клетки или из миллиардов клеток, стремясь к выживанию и благополучию, все они повторяют одни и те же