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

поведения медуз. Когда медузы охотятся за жертвой, они плавают медленно. Ритмичные сокращения зонтика позволяют им перемещаться с одного места на другое. Потом они останавливаются и медленно опускаются вниз в поисках пищи. С другой стороны, от хищников они удирают очень быстро. Как только медуза ощущает физический контакт со своим зонтиком, ее тело начинает ритмично сокращаться, но эти движения гораздо более быстрые и мощные, чем когда она просто спокойно охотится; в результате все тело медузы летит вперед.

Хотя медузы – отличные пловцы, они не могут противостоять приливам, которые уносят их в открытое море. Когда позволяют условия, медузы стремятся снова добраться до мелководья, ориентируясь на деревья или другие прибрежные объекты (конечно, они не видят эти объекты в привычном для нас смысле этого слова, а просто различают изменения освещенности).

Отличительной особенностью тела стрекающих являются щупальца. Почти все время, пока медуза медленно плавает, она расправляет щупальца и использует их как рыболовную сеть. На щупальцах расположены стрекающие клетки, подарившие этому типу животных их название. Когда щупальце к чему-нибудь прикасается и химический состав объекта указывает на потенциальную возможность использовать его в пищу, эти клетки оживляются – и медуза выпускает остроконечную нить, которая впивается в жертву и обездвиживает ее, впрыскивая токсичное вещество. Потом щупальце доставляет обездвиженную жертву ко рту; дальше пища попадает в кишку, где гастродермальные клетки выделяют химические соединения, с помощью которых пища переваривается, а в результате образуется энергия. Такое поведение стрекающих положило начало характерному для этих животных способу питания.

Стрекающие размножаются как половым, так и бесполым способом. Для полового размножения используются щупальца: мужская особь прикрепляет одно из своих щупалец к щупальцу женской особи, передает ей сперму, а та самостоятельно оплодотворяет свою яйцеклетку. Кроме того, стрекающие способны к гермафродитному размножению и оплодотворяют себя сами. Вне зависимости от способа размножения в результате образуется одна клетка – оплодотворенная яйцеклетка, из которой развивается сложный многоклеточный организм. Таким образом стрекающие, как и губки, сумели преодолеть барьер передачи способности к выживанию и размножению своему потомству. Их отпрыски также развиваются из одной-единственной клетки, но они пошли еще дальше, и в результате эволюции у них сформировалась способность к секвестрованию зародышевых линий, защищающая отдельную особь от передачи потомкам мутаций соматических клеток.

Особую важность эта способность приобретет позже, когда высшие многоклеточные обретут большие тела. Чем тело больше, тем больше соматических клеток разного типа у него должно быть на ранней стадии развития. С каждым новым кругом клеточного деления могут возникнуть новые мутации. Если зародышевые линии разделены, соматические мутации не будут накаливаться и не передадутся потомству. Не будь у стрекающих способности к секвестрованию зародышевых линий, возможно, разнообразие жизни на Земле сегодня было бы совсем другим.

Поведенческий репертуар стрекающих гораздо шире, чем поведение губок. Для сложных движений щупальцев и тела нужны мышцы, способные быстро реагировать на сенсорную информацию и обеспечивать этим организмам выживание. Такие движения возможны при наличии мышечной ткани, а для того чтобы пользоваться такими преимуществами, требуется нечто побыстрее, чем медленное распространение химического соединения по телу, как у губок. Для этой цели у стрекающих появились нейроны. Точнее, у стрекающих нейроны и мышцы развивались параллельно. Давайте выясним, как это было.

Глава 26

Магия нейронов

По мере того как усложнялось строение животных и разные типы клеток образовывали системы, перед ними вставали все новые и новые задачи, в том числе необходимость сохранения целостности организма как самообеспечивающейся единицы, отдельные части которой отказываются от обособленности в пользу физиологической жизнеспособности целого. Решением оказалась нервная система, а ключевым моментом нашего рассказа будет ее появление у живых существ.

Нервная система состоит из специальных клеток – нейронов, которые способны мгновенно передавать импульсы на большие расстояния. У губок, предков стрекающих, не было ни нейронов, ни тем более нервной системы, а у стрекающих есть и то и другое. В следующей главе речь пойдет о том, как они появились, но для начала будет полезно проанализировать основные факты и разобраться с тем, что такое нейроны и как рождается волшебство, благодаря которому они решают проблему коммуникации между разделенными в пространстве клетками, сведя к минимуму влияние такого фактора, как время.

Как и у любой другой клетки, у нейрона есть тело, а также отростки, состоящие из нервных волокон (рисунок 26.1). Один из таких отростков называется «аксон»; он отходит от тела клетки и используется для передачи сообщений на большие расстояния другим нейронам. Обычно у нейрона только один аксон и несколько отростков другого типа – дендритов, которые торчат из тела клетки, как антенны. Дендриты сравнительно короче аксонов и служат для приема сообщений от аксонов других нейронов. Аксоны способны соединяться с другими частями нейронов, но мы остановимся на дендрической связи.

Рисунок 26.1. Структура нейронов в сравнении со структурой других клеток

Информация, которую с помощью дендритов нейрон получает от аксонов других клеток, помогает генерировать в теле клетки нейрона-получателя электрическую реакцию. Потенциал этого действия быстро достигает конца аксона – терминали, вызывая высвобождение хранящегося там запаса химических соединений, называемых нейромедиаторами, в пространство за пределами конца нейрона, туда, где располагаются другие нейроны.

Передатчик рассеивается в пространстве между передающим и принимающим нейроном и связывается с рецепторами принимающих нейронов. У рецепторов существует химическая связь со специфическими передатчиками, которые работают как ключики, отпирающие замок. Таким образом, в обычной схеме взаимодействия клеток любого другого типа на короткие расстояния с помощью химических веществ появляется дополнительный электрический этап, и это основное преимущество, позволяющее мгновенно передавать информацию на короткие расстояния.

Пространство между передающим и принимающим нейронами иногда называют синапсом, но точнее будет называть этим термином связь между нейронами. Синапс состоит из трех компонентов: предсинаптического места (терминали аксона нейрона-отправителя, содержащего нейромедиатор), постсинаптического места (где у получателя расположены рецепторы) и крошечного пространства между предсинаптическим и постсинаптическим элементами, которое называется синаптической щелью.

Все нейроны организма вместе образуют нервную систему. В самом примитивном смысле нервная система – это устройство сенсорно-двигательной интеграции, задача которого – помогать организму в его взаимодействии с окружающей средой, сохраняя его жизнь, благополучие и способность к воспроизводству себе подобных посредством определения веществ, необходимых для выживания или угрожающих выживанию, и формируя соответствующие реакции организма. Информация о стимулах основных классов (свете, звуках, прикосновениях, запахах, вкусах) поступает в форме сообщений, получаемых сенсорными рецепторами, а ответные реакции предполагают участие двигательных структур (мышц).

Таким образом, основная задача нервной системы – связывать сенсорные рецепторы с двигательными структурами. В самой простой конструкции такого типа рецепторы и детекторы