Андрей Буровский - Феномен мозга. Тайны 100 миллиардов нейронов
Возможно, не будь позвоночных, именно они заняли бы то же место в природе, вышли бы на сушу и породили разумных существ.
У пауков, раков и крабов есть по нескольку ганглиев в разных участках тела. У них есть центральный мозг из нескольких слившихся парных ганглиев. Головной мозг? Не совсем… Голова у раков, крабов и пауков не отделена от остального тела. Это головогрудь. Центральный мозг соединен с нервными цепочками, объединяющими более мелкие ганглии.
Нервная система насекомых еще сложнее. У многих из них голова отделена от остального тела и укреплена на подвижной шее. Особенно развитый и сложный мозг – у общественных насекомых (муравьев, пчел, термитов). Чем насекомое крупнее, активнее, подвижнее, тем более крупные у него центральные ганглии, более развитая нервная система и органы чувств. Опять же, не величина ганглий важна, а соотношение мозга-ганглий с остальным оранизмом. У рабочей пчелы, к примеру, мозг составляет 1/175 массы всего тела.
Первые носители «настоящего» мозга
Одни из самых примитивных хордовых – оболочники. Это животные с мешкообразным тельцем длиной от 0,3 до 50 см. Они примитивнее насекомых и высших моллюсков. Уровень развития их мозга практически как у червей и нервная система проще простого: единственный ганглий надо ртом, от него отходит нервный ствол. Органы чувств развиты слабо, глаз почти нет. Животное ведет образ жизни растения – прикреплено к одному месту и питается взвешенными в водной толще органическими остатками – детритом.
А вот личинки оболочников активны, имеют развитые органы чувств и нервную систему, мускулатуру и, самое главное, спинную скелетную ось – хорду.
Большинство ученых полагают, что мы и оболочники происходим от животных, очень похожих на личинки оболочников.
Самые простые из этих «произошедших» – целый класс «бесчерепных»: ланцетники. По форме эти маленькие, до 30 см, морские рыбообразные твари и правда напоминают хирургический ланцет.
20 видов ланцетников радостно втягивают в ротовое отверстие микроорганизмы и детрит с током воды. Если их пугают – стараются зарыться в песок мелководий почти всех теплых и умеренных морей от Норвегии до Южной Африки и Аргентины, а в Тихом океане – от Хоккайдо и Калифорнии до новой Зеландии и Чили.
Для того образа жизни, который ведет ланцетник, головной мозг ему особенно и не нужен. Мышечного сердца у него нет, и эту роль выполняет пульсирующий брюшной сосуд: почти как у насекомых. Слабое обоняние, почти полное отсутствие зрения. В хорде заключена вся его центральная нервная система, головной мозг не дифференцирован, и вокруг него нет никакого зачатка черепной коробки.
От этих животных произошли все позвоночные (Vertebrata) или черепные (Craniota) – наиболее высокоорганизованная группа животных. За счет развития мозга. Произошли и «захватили Землю».
К примеру, насекомых намного больше, чем позвоночных. Как по общему числу, так и по видовому разнообразию. Известно порядка 1,25 миллиона видов насекомых, а каждый год открывают все новые и новые. Нам известно, по разным данным, от 50 до 70 % форм Insecta.
А позвоночных «всего» около 50 тысяч видов. Из них рыб от 25 до 40 тысяч, земноводных – 2100, пресмыкающихся– 6000, птиц – 8600, млекопитающих – 4500.
Но, во-первых, эти виды более разнообразны: от крохотной землеройки весом в 20 граммов до бронтозавра в 40 тонн или синего кита до 100 тонн. От гепарда, мчащегося со скоростью 110 км в час, до малоподвижного ленивца.
Во-вторых, позвоночные – самые активные животные с самой интенсивной физиологией и биохимией.
В-третьих, и это главное, у позвоночных самая сложная нервная система. У них есть головной и спинной мозги, поэтому они способны к самым сложным формам поведения и психической деятельности.
Благодаря этим качествам позвоночные могут жить в самых разнообразных условиях. Они разделились на резко различающиеся систематические группы, и все эти группы замыкают пищевые цепочки.
Все позвоночные имеют позвоночник, внутренний скелет, обособленную голову с развитым головным мозгом, который защищен черепом. У них совершенные органы чувств, развитые кровеносная, пищеварительная, дыхательная, выделительная и половая системы.
Первые позвоночные появились в эпоху, которую с 1835 года называют палеозоем – эрой древней жизни. Первый период палеозоя называется кембрийским: так назвал его английский исследователь А. Седжвик от римского наименования Уэльса – Cambria.
Начался период около 542±1 млн лет назад, закончился 488±2 млн лет назад и продолжался, таким образом, примерно 51–57 млн лет.
Среди самых древних позвоночных были существа с внешним или наружным скелетом в виде или сплошного панциря, или отдельных крупных костных пластин-щитков. Щитковые и панцирные рыбы вымерли уже в палеозое. Их вытеснили существа с внутренним скелетом: более подвижные, с более совершенным мозгом.
8 классов позвоночных объединяют в 2 надкласса: бесчелюстные и челюстноротые. О бесчелюстных легко судить хотя бы по миноге – этих червеобразных или змееобразных полурыб охотно едят одни, ими брезгуют другие. У миноги червеобразное голое тело: уже не червяк, но еще не рыба.
Размножаются миноги с помощью личинок. Из яиц (икринок), отложенных в пресной воде с илистым или песчаным дном, выходят пескоройки. Долгое время их никак не связывали с миногами, а относили к червям. Подобно последним, пескоройки вкапываются в ил, который добровольно не покидают почти никогда, а пускают в дело свои плавники, только когда хотят вновь спрятаться в ил или другое подобное место. Питаются они детритом и микроскопическими организмами, втягивая их через ротовое отверстие вместе с водой.
Вырастая, пескоройки становятся взрослыми миногами и выходят в море. Там они и живут, пока не придет время откладывать икру – первый и последний раз в жизни.
У взрослой миноги есть глаза, но зрение скверное, зато хорошее обоняние.
Рот без челюстей, в виде присасывательной воронки. Вместо губ – кольцевидный хрящ. Животное впивается в добычу, пуская в ход буравящий язык с хрящевыми выростами и роговые зубы. Оно буквально всасывает и перемалывает все, что имеет неосторожность ему попасться. Лопают миноги только что вылупившихся молодых рыбок, червей, насекомых в разных стадиях их развития. Но в основном они питаются падалью, а также мясом и кровью живых и в особенности рыб. Настигнув подходящую крупную рыбу, минога крепко присасывается своим круглым ртом к ее наружной оболочке и начинает работать своими пилообразными зубами, пробуравливая кожу насквозь и проникая все глубже во внутренности своей жертвы. Миноги проглатывают соскобленные частицы и проедают глубокие отверстия в теле рыбы, будь она живая или мертвая. Эти примитивные позвоночные процветали в древних морях 500–300 миллионов лет назад. С тех пор на месте существовавших когда-то сотен видов миног – активных хищников, остались нынешние 35 видов – частичных паразитов [1] .
А из числа хищников миног вытеснили более сложные существа – рыбы. Те самые, на которых пережившим свой век миногам «приходится» паразитировать.
Это при том, что центральная нервная система миног отчетливо разделяется на головной и спинной мозг. Головной мозг ее очень мал, считаные граммы веса животного, которое целиком может потянуть и на 2–3, и даже 4 кг.
Головной мозг миноги уже имеет отделы, характерные для всех позвоночных животных: передний, промежуточный, средний, продолговатый и мозжечок. Но сразу два важных признака говорят о примитивности мозга миноги: первое, все его отделы лежат в одной плоскости и не налегают друг на друга. И второе, передний мозг относительно других отделов очень невелик.
Даже у простейших челюстных рыб передний мозг крупнее, а отделы мозга налегают друг на друга, образуя единый орган [2] .
Эволюционно более продвинутыми оказались челюстноротые: панцирные, хрящевые и костные рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие. Вся борьба за господство в животном мире Земли пошла между этими видами. Основным направлением развития стало увеличение и усложнение мозга, развитие органов чувств. Это взаимосвязанные явления! Ведь чем сильнее развиты органы чувств, тем больше информации поступает в мозг. А чем сложнее мозг, тем больше информации он способен переработать.
Начало соревнования
Примерно 540 миллионов лет назад в окаменелостях кембрийского периода палеозойской эры появляются отложения окаменелостей представителей почти всех подразделений животного царства. Раньше не было почти ничего. Практически полное отсутствие многоклеточных, сложных животных. И «вдруг», за считаные миллионы, может быть, даже сотни тысяч лет – «кембрийский взрыв биологического разнообразия».
Начиная с Уильяма Баклэнда (1784–1856) геологам было известно о существовании границы отложений, ниже которой ископаемые останки не обнаруживаются. Это очень огорчало Чарльза Дарвина: он считал «почти полное, насколько теперь известно, отсутствие под кембрийскими слоями формаций, богатых ископаемыми» сильным аргументом против его теории эволюции. Дарвин даже посвятил отдельную главу своей работы «Происхождение видов» обсуждению этой проблемы. Его собственная гипотеза состояла в том, что в докембрии нынешние континенты могли находиться на океанском дне, на глубинах, где не могли формироваться ископаемые останки [3] , но в целом получалось как-то безнадежно: если жизни долгое время не было, а потом она появилась – это же «работает» не на теорию эволюции, а на теорию Божественного Творения!
