Борис Сергеев - От амёбы до гориллы, или Как мозг учился думать
Отравленные копья повисали на стенках капилляра, свободно плавали в толще воды, и вскоре их становилось здесь так много, что туфелька, заплывая сюда, натыкалась на свое же собственное оружие и получала чувствительные уколы. Это и заставляло ее поворачивать вспять. Следующая туфелька, посаженная в уже использовавшийся капилляр, впервые подплывая к границе света и тени, как на забор из колючей проволоки, натыкалась на облако стрекательных палочек, оставленных предыдущей ученицей. Неудивительно, что некоторые инфузории не стремились пересечь запретную черту, а сразу же поворачивали обратно. Несмотря на кажущееся весьма разумным поведение инфузорий, они фактически ничему в капилляре не научились. Если бы ученые всякий раз после очередной прогулки туфельки к запретной черте пересаживали бы ее в новенький капилляр, они не добились бы изменения в поведении крохотного ученика, сколько бы времени ни затратили на его обучение. Значит ли это, что одноклеточные организмы никудышные ученики? Не будем делать поспешных заключений. Уже в наши дни ученые доказали, что кое-чему инфузории научиться все-таки могут. Одноклеточные существа по праву называют микроорганизмами, но и среди них попадаются отдельные великаны. Такова инфузория спиростомум. Она достигает в длину два-три миллиметра, хорошо видна и без микроскопа, а если смотреть в увеличительное стекло, кажется похожей на небольшого беленького червячка с изящной ушастой головкой. Инфузории умеют быстро ползать по стеклянному аквариуму, способны делать крутые повороты и не сталкиваться друг с другом. Наблюдая за спиростомумами в лаборатории, ученые заметили, что инфузории при каждом сотрясении аквариума вздрагивают, сжимаются в крохотный комочек. Стоит пройтись по комнате, задеть стол, хлопнуть дверью, и инфузории, все как один, сжались, замерли. Но вот прошло три, пять, десять секунд, ничего страшного больше не произошло, и инфузории, постепенно распрямившись, снова поползли по своим делам. Ученые использовали трусливость инфузорий. В небольшой сосуд, где они ползали, каждые тридцать — шестьдесят секунд падала капелька воды. Невелика сила в капле, но этого оказывалось достаточно, чтобы напугать обитателей мини-аквариума. Однако ничего страшного капля не производила. И вот постепенно стало заметно, что животные пугаются все меньше и меньше. Сначала инфузории вместо крохотного комочка стали сжиматься в довольно заметную лепешечку, затем лишь до половины, потом поджималась только самая передняя часть, наконец, животные только вздрагивали, на миг приостанавливали движение и как ни в чем не бывало продолжали свой путь. Значит, научились! Научились не бояться легкого сотрясения, не обращать на него внимания. Ученые называют такой вид обучения привыканием. Чтобы к чему-нибудь привыкнуть, обладать большими способностями совсем не обязательно. Ведь никаких новых навыков у животного при этом не возникает. Оно не приобретает способности делать что-то полезное, чего раньше осуществить не могло. Инфузория просто привыкает к новому раздражителю, учится его не замечать, не реагировать на него. И еще одна очень важная особенность привыкания инфузорий: оно у них сохраняется всего несколько десятков минут, максимум полтора-два часа. Потом животное все забывает, и, чтобы восстановить привыкание, всю процедуру обучения нужно повторить заново, как будто ученик идет на урок впервые. Полезно ли привыкание? Безусловно, полезно! Оно позволяет животным не делать ничего лишнего и экономить массу энергии. Но все-таки, согласитесь, инфузории очень слабые ученики. Сразу бросается в глаза, что никакими талантами они не блещут. Между умственными способностями инфузорий и психическим развитием высших животных, рыб, птиц, собак и других млекопитающих, большая дистанция. У нас неоднократно будет возможность в этом убедиться.
Миниатюрные чудовищаСтоит ли удивляться, что инфузории не обнаружили выдающихся способностей? Многоклеточные организмы имеют множество органов, между которыми существует строгое разделение труда. А инфузория состоит всего из одной клеточки, но дел у нее невпроворот. Поиски пищи, оборона, дыхание, борьба с неблагоприятными условиями жизни, размножение — у инфузории тысячи дел, и сразу нужно заниматься несколькими. Тут уж не до учебы. Можно было надеяться, что многоклеточные организмы, даже достаточно примитивные, окажутся гораздо способнее. В настоящее время на Земле существует две группы низших многоклеточных организмов. Они давно известны зоологам. Самые примитивные — губки. И строением тела и поведением они больше похожи на растения, чем на животных. К тому же губки, по-видимому, не состоят в прямом родстве ни с кем из высших животных. Поэтому они мало интересуют ученых, и их умственные способности пока совершенно не изучены. Вторая группа низших многоклеточных животных получила название кишечнополостных. К ним относятся такие известные животные, как медузы, актинии, кораллы. Кишечнополостное животное — весьма сложно устроенный организм. Эти существа уже имеют собственную нервную систему. Она представляет собой сеть взаимосвязанных нервных клеточек, особенно многочисленных в самых важных местах их тела: в щупальцах, вокруг ротового отверстия и на подошве. Из числа примитивных многоклеточных животных в лабораториях физиологов побывали пока лишь только представители кишечнополостных. Проще всего добыть и содержать в неволе пресноводную гидру. Для нее не нужна ни морская вода, ни изысканное питание. Вот почему гидра является более частым объектом физиологических исследований, чем ее многочисленные родственники. Животное, которое мы называем гидрой, представляет собой крохотный белесый стебелек длиной в один-полтора сантиметра с венчиком щупалец на вершине. Щупалец немного, пять — девять, а в центре между ними круглое ротовое отверстие, ведущее в полость тела, где переваривается пища. На щупальцах батареи стрекательных клеток, выбрасывающих острые отравленные гарпуны на длинных нитях. Оружие гидры имеет много общего с вооружением инфузорий. Своими подвижными щупальцами животное хватает добычу, убивает ее залпами стрекательных клеток и, удерживая с помощью впившихся в тело нитей, отправляет в рот. Гидры — большие домоседки. Они могут всю жизнь провести, сидя на одном месте, прикрепившись подошвой к камню или к подводному растению. Висеть вниз щупальцами в достаточно светлом месте водоема — излюбленная поза животных. Стоя вверх «головой», они не испытывают чувства полного комфорта. Вертикальная поза требует дополнительных затрат энергии. Но при необходимости гидры могут совершать и небольшие путешествия. Для перемещения в пространстве они пользуются четырьмя способами. По гладкой, твердой поверхности стекла гидры, не меняя позы, скользят, как на коньках, на своей подошве, но двигаются при этом так медленно, что заметить это невозможно. Животные умеют шагать, тогда дело идет веселей. Сначала гидра ложится на дно, вытягивается в нужном ей направлении, вцепляется щупальцами в грунт, а затем подтягивает сюда свое тело. Первый шаг закончен. Теперь можно закрепиться подошвой и начать второй шаг. Так шаг за шагом движется животное, пока не устанет и не проголодается. Быстрее всего передвигаются гидры, когда катятся колесом, кувыркаясь через «голову», как расшалившиеся мальчишки. Животное, как и в первом случае, ложится на дно, укрепляется щупальцами, затем становится на «голову» и перекидывает стебель в направлении движения. Закрепившись подошвой на новом месте, гидра начинает очередное медленное сальто. Так кувырком и катится: быстро и удобно. Плавать гидры тоже умеют. Широко распластав в воде свои щупальца, животное спокойно парит в воде, медленно и постепенно снижаясь. А если ей нужно всплыть, она каким-то образом создает на своей подошве маленький пузырек газа и, пользуясь им, как поплавком, поднимается к поверхности. О гидрах слышали все, гидры широко распространены по территории нашей страны, однако мало кому приходилось видеть их живыми. А между тем наловить животных не составляет особого труда. Для этого нужна лишь стеклянная банка и увеличительное стекло. В любом пруду, в тихой речушке, даже в придорожной канаве, лишь бы вода была чистой и прозрачной, нужно набрать побольше водяных растений, поместить их в банку, налить туда воды и оставить ее на несколько минут в покое. Малейшее сотрясение пугает животных. Они сжимаются в крохотный комочек, и заметить их на листьях становится невозможно. Но вот прошло несколько минут, все спокойно, ничто больше не беспокоит обитателей подводного мира, и гидры начинают неторопливо распрямляться. С помощью лупы весь процесс виден превосходно. У себя в пруду гидры питаются дафниями и другой подвижной мелочью. Дома в крохотном аквариуме прожорливые хищники, за несколько дней переловив и съев все живое, начинают голодать. Теперь пора начинать эксперимент. Голодной гидре, сидящей на дне водоема, бросают крохотную песчинку. Если, падая, она заденет хотя бы одно щупальце, гидра схватит камушек на лету и вместе с ним упадет на дно сосуда. Обычная песчинка весит не больше двух миллиграммов, но гидра так слаба, что не в состоянии справиться с подобным грузом. Почувствовав, что вместо «дичи» в ее щупальцах находится совершенно несъедобный предмет, гидра постарается избавиться от него. Сделать это нелегко, ведь песчинку удерживают сотни стрекательных нитей. Лишь через одну-полторы минуты животное освободится от своей добычи и примет прежнюю позу. Теперь бросим ей вторую песчинку, затем третью, четвертую… Через некоторое время станет заметно, что животное как-то неохотно хватает фальшивую приманку, а затем очень быстро от нее избавляется. Понемногу гидра теряет интерес к охоте и очередную двадцатую или тридцатую песчинку вообще ловить не станет. Что же произошло с нашим подопытным животным? Ничего особенного. У гидры выработалось привыкание к песчинке, то есть развилась та же реакция, с которой нас уже познакомили инфузории. Не получая удовлетворения от охоты, животные каждый раз все с меньшим энтузиазмом бросались на подкинутую нами приманку и выстреливали в нее все из меньшего числа стрекательных клеток. Вот, кстати, почему гидра все быстрее и быстрее избавлялась от схваченной ею песчинки. Наконец привыкание развилось в полном объеме, и животное прекратило оказавшуюся бесполезной охоту. То, что у кишечнополостных животных легко вырабатывается привыкание, не удивило ученых. Забегая вперед, скажу, что более развитые животные обычно заимствуют от своих предшественников все важные для жизни приспособления. Не отказались высшие животные и от реакций привыкания. Даже для человека они имеют большое значение. Привыкание позволяет нам, ложась спать, не замечать тиканья стенных часов, а утром, уже через одну-две минуты, переставать ощущать прикосновение к телу только что надетой одежды. Привыкнуть не делать чего-то лишнего способны все без исключения животные. Ученых главным образом интересовало, не удастся ли научить гидру делать что-то новое и полезное. Казалось, что нервная система, имеющаяся у гидры, должна была сделать ее значительно умнее одноклеточных существ. Для любых животных важно уметь избегать опасности. Этому решили научить и гидру. Ученые постарались, чтобы уроки не были трудными. Над сосудом с гидрой зажигался яркий свет, а через несколько секунд после этого на мгновение включался электрический ток, и через опущенные в воду электроды гидра получала электрический удар. Эта процедура не из приятных. В ответ на раздражение тело гидры сжимается, щупальца втягиваются, и некоторое время она, как бы притаившись, сидит неподвижно. Когда животное приходит в себя, все повторяют снова, и так много раз. В конце концов наступает такой момент, когда одна вспышка света заставляет гидру вздрагивать или сжиматься в комочек. Создается впечатление, что гидра ведет себя достаточно разумно, разобралась в создавшейся ситуации, запомнила, что вслед за вспышкой света следует удар электрического тока, и теперь, как только зажигается свет, сжимается, чтобы как-то защититься от электричества. Внешне реакции гидры напоминают обычный условный рефлекс. Однако оказалось, что между ними лишь внешнее сходство. Впечатление, будто гидра умное существо, — обманчиво. Ученые заметили, что гидра вздрагивает и сжимается не только при действии света, но и от любого другого воздействия. Хлопнет в комнате дверь, упадет в сосуд с гидрами капля воды, и пожалуйста — испуганные гидры сжались в комочек. Значит, это не условный рефлекс, а просто животные стали более пугливыми. Такое состояние, вероятно, каждому приходилось испытывать. Когда идешь ночью по темному лесу, невольно вздрагиваешь от каждого шороха, на который днем и не обратил бы даже внимания, хотя прекрасно понимаешь, что в наших лесах ни тигры, ни пантеры не водятся. Просто от невольного страха наш мозг настолько возбужден, что любого слабенького дополнительного раздражителя достаточно, чтобы осуществилась оборонительная реакция и человек вздрогнул. Выработанную у гидр реакцию назвали суммационным рефлексом. Пока шел опыт, животные постепенно возбуждались. Возбуждение от каждого удара электрического тока суммируется с предыдущими, пока не достигнет такой величины, что теперь любое слабое дополнительное воздействие оказывается достаточным, чтобы животное ответило оборонительной реакцией. Такая гидра похожа на переполненный водою кувшин. Стоит влить в него еще ложку жидкости — и вода польется через край. Стоит усилить возникшее у гидры возбуждение — добавить новую порцию, — и оно «выплеснулось» наружу, вызвав оборонительную реакцию животного. Вот почему любой раздражитель заставляет перевозбужденную гидру съеживаться в комочек. Важнейшая особенность суммационного рефлекса состоит в том, что суммация возбуждения сохраняется очень недолго. Пройдет пять — десять часов, животное успокоится, возбудимость его нервной системы придет в норму, и гидра ни на свет, ни на шум уже не ответит оборонительной реакцией. Суммационный рефлекс, безусловно, полезен. Если животное постоянно сталкивается с чем-нибудь неприятным, ему нужно быть постоянно к этому готовым. Уж лучше лишний раз испугаться зря, чем неподготовленным столкнуться с чем-нибудь опасным или вредным. Кишечнополостных животных никак не назовешь хорошими учениками, но они все же оказались способнее одноклеточных организмов. Ведь их удалось научить бояться света, сжиматься при каждой его вспышке.
