Юрий Симаков - Животные анализируют мир
В научных журналах того времени можно найти описание другого опыта Н. К. Кольцова. В банку с водой, где сидит лягушка, опущено золотое кольцо. И через некоторое время ее брюшко становится розовым. Кровеносные сосуды расширились и стали просвечивать сквозь тонкую кожицу. А много ли золота за это время растворилось в воде? Ничтожное количество.
Изучением чувствительности живого увлекся и фармаколог Н. П. Кравков. В 1926 году его труд о действии лекарственных препаратов посмертно был удостоен Ленинской премии. В опытах Н. П. Кравкова индикатором тоже были кровеносные сосуды, но только не лягушки, а кроличьего уха. В ухо, отрезанное от тела животного (точнее, в кровеносные сосуды), лаборант впрыскивал физиологический раствор. Пройдя по системе сосудов, жидкость вытекала через открытые концы вен, и ее капли падали на чашку очень точных весов.
Когда в раствор добавляли немного адреналина, сосуды сужались, скорость истечения капель уменьшалась. «Живой прибор» работал безукоризненно. Самое любопытное, что он сигнализировал о некоторых веществах даже на расстоянии.
Стоило поднести к уху свинцовую пластинку — и эффект был таким же, что и при введении раствора с адреналином.
Биолог А. Л. Чижевский сконструировал сверхчувствительный аппарат, который предупреждал о всплесках солнечной активности за неделю до их появления. Главной «деталью» прибора были бактерии, способные изменять свою окраску. На что они реагируют — на изменение электромагнитных полей или летящие от Солнца частицы, — до сих пор не выяснено.
Многие специалисты скептически относятся к созданию «живых» и «полуживых» приборов. Конечно же, инженеры не сомневаются в высокой чувствительности бактерий, мух, рыб и лягушек, их волнует другое — можно ли однозначно определить, что живой организм реагирует именно на изучаемое вещество? Сколько реакций у различных растений и животных на воздействие внешней среды? Ответ может получиться очень расплывчатым. А физический прибор всегда покажет правильный ответ, если он исправен и точно проградуирован.
Это вполне понятное сомнение. Конечно, прибор должен гарантировать воспроизводимость результатов при повторных измерениях. Биологи отдают себе в этом отчет и уже пытаются преодолеть данную трудность. Так, взят на вооружение условный рефлекс.
Скажем, у рыб условный рефлекс формируется на отдельные молекулы примеси веществ, попавших в воду. При попадании исследуемых концентраций веществ в воду рыбу можно научить уходить от сетки, через которую пропускается ток. А как доказать, что рыба реагирует именно на это вещество, а не на какой-либо другой раздражитель? Стереть память к этому веществу. Возможно ли это? Вполне. Определено, что, если карасю после обучения ввести антибиотик пуромицин, он забудет рефлекс на это вещество, хотя все другие рефлексы у него сохранятся.
Сейчас способы регистрации биопотенциалов достигли такого совершенства, о которых в двадцатые годы прошедшего века приходилось только мечтать. Теперь экспериментаторы научились отводить биотоки как от нервных ядер и узлов, так и от отдельных клеток. С помощью тончайших платиновых и золотых электродов можно снимать потенциалы с оболочек клеток и с нервных волокон. Так что подключиться к «живому прибору» или отдельному его датчику не представляет особого труда, хотя это — ювелирная работа, выполняемая под микроскопом. Современным электрофизиологам удается регистрировать разность потенциалов порядка десятых долей милливольта.
На службе биологов уже стоят микроскопические по размерам световоды, фотосопротивления и фотоэлементы, с помощью которых можно следить за изменением цвета бактерий и формы клеток. А их можно применять как отдельные узлы «живых» или «полуживых» приборов.
Возможно, применение электронных и живых узлов даст новое поколение измерительной аппаратуры, способной избавиться от посторонней информации и различных помех. Сколько приходится ставить различных фильтров в приборах, чтобы выделить, например, нужное вещество, а это все усложняет анализирующие устройства и удорожает их. В то же время живые организмы умеют с помощью своих «датчиков» отсеивать лишнюю информацию. Так, глаз лягушки, особенно сетчатка, выбирает только нужные для животного сведения. Подобные механизмы переработки информации найдены в анализаторах животных, занимающих другое систематическое положение. Например, насекомые и пауки прекрасно «понимают» показания своих органов чувств. Органы обоняния у паука находятся не на голове, а на ногощупальцах (педипадльпах) и кончике брюшка. Природный водоем паук обнаруживает на большом расстоянии. Но не находит банку с дистиллированной водой, поставленную почти рядом. По-видимому, пауки реагируют на ничтожные примеси солей в воде.
Говорят, что на вкус и цвет товарищей нет. Но ни одну муху не проведешь на сахарине. Она уверенно отличит его от сахара, прикоснувшись к порошку лапками. Оказывается, происходит пространственный анализ веществ, и их химический состав муха определяет одним только прикосновением лапок. Попробуем представить себе и биоприбор — отведем с помощью электродов потенциалы с нервных клеток мухи, а после усиления передадим на осциллограф, на экране которого каждому веществу будет соответствовать определенная осциллограмма. Имея набор кривых, полученных ранее от различных веществ, можно за одну минуту исследовать несколько веществ.
Недавно группа сотрудников кафедры энтомологии биологического факультета МГУ предложила способ, с помощью которого можно записывать на осциллографе сигналы, идущие от вкусовых щетинок самки комара-пискуна. Оказалось, что любому химическому соединению соответствует строго определенная последовательность электрических импульсов. И это при концентрации в сотые доли миллиграмма в одном литре воды! Ученые ищут ключи к расшифровке осциллограмм. Если поиски будут успешными, то можно надеяться на создание средства для эффективного экспресс-анализа, проводимого в химических лабораториях.
Анализаторы запахов и молекул
Как ни странно, но до сих пор точно неизвестно, почему «запахи» пахнут и почему люди по-разному ощущают их. Недавно физиологи установили, что мужчины и женщины неодинаково воспринимают запахи. Взять хотя бы экзальтолид — вещество, применяемое в парфюмерной промышленности в качестве фиксатора. Женщины его ощущают, а все лица мужского пола не знают, как пахнет это вещество. Девочки тоже его не ощущают до достижения половой зрелости.
Однако, если взрослому мужчине ввести женский половой гормон, он начинает чувствовать запах экзальтолида. А помимо этого, ему открывается целый ряд запахов, о которых он раньше не имел никакого представления. Запахи в жизни человека играют важную, но не первостепенную роль. А вот у ряда животных именно обоняние развито сильнее других органов чувств. Можно ли представить, как сложны их органы «химического чувства»?
Человек четко определяет вкусовые качества веществ, в то же время незнакомые запахи он сравнивает с уже известными. Таких запахов можно насчитать тысячи. У нас вкусовые и обонятельные ощущения разделяются, а у многих живых существ они выступают как единое чувство. Например, химические анализаторы у насекомых находятся во рту, на антеннах и на ногах. По мнению ряда ученых, некоторые насекомые, например термиты и муравьи, обладают даже объемным обонянием, которое людям трудно вообразить.
Бионикам пока еще далеко до создания совершенных анализаторов запахов, хотя они предпринимают попытки создать электронный искусственный нос и добились некоторых успехов. Но разве эти приборы можно сравнить с живыми анализаторами?
Биологи установили, что средством общения между насекомыми служит ряд веществ, которые называют феромонами. К феромонам относятся, например, пахучие вещества самки некоторых бабочек, которые привлекают самцов, находящихся иногда на расстоянии нескольких километров. Так, самец айлантовой сатурии обнаруживает самку, удаленную от него почти на два с половиной километра, и это далеко не рекорд. Непарный шелкопряд может обнаружить самку в радиусе четырех километров, а большой ночной павлиний глаз справился с этой задачей на расстоянии восьми километров. Возможно, не только обоняние используется для такого поиска. Во всяком случае, ученые пытались выяснить предельную границу, с которой самцы бабочек уже не находят самку. Они пометили самцов бабочки-глазчатки и выпускали их через окно движущегося поезда на разных расстояниях от места с клеткой, где находилась самка того же вида. Даже с расстояния одиннадцати километров вернулось двадцать шесть процентов выпущенных самцов.
Для подобной химической локации насекомые используют перистые антенны-усики, усаженные хеморецепторами, своеобразными миниатюрными биодатчиками.
