Путь к совершенству

На протяжении значительной части геологической исто­рии Земли живое существо с изумительным упорством и изобретательностью использовало малейшие возможности для цефализации — развития нервной системы и мозга (от греческого «цефале» или «кефале» — голова). В этом своем стремлении оно иногда заходило в тупики. Некоторые виды так и не смогли выйти из них, до сих пор продолжая сохранять достигну­тую сложность.

В конце концов, появился замечательный аппарат — го­ловной мозг человека. Это достижение не осталось без последствий. Оно, словно катализатор в химической реакции, резко ускорило эволюцию человека. А затем очень быстро (в масштабах геологической истории со скоростью взрыва!) стала формироваться невиданная, не имеющая себе аналогов обо­лочка планеты — техносфера. Разум стал не только «лич­ным достоянием» одного существа (сообщества или вида), но и активной геологической силой.

Как же так произошло? Был это направленный процесс или случайное явление? Последнее предположение неправдоподобно. Случайно такая система возникнуть не может. О том, что процесс был направленным и закономерным, свидетельствует палеонтология.

Некогда живые существа вовсе не имели нервной си­стемы. На ранних стадиях геологической истории сущест­вовали лишь одноклеточные организмы. Они были исключительно сложными существами. В высшей степени маловероятно, как мы уже говорили, их случайное происхождение.

Если одна клетка очень сложна, то их объединение в гармоничный единый организм, тем более. Тем не менее, после одного-двух миллиардов лет «царства одно­клеточных» наступила пора многоклеточных организмов.

Мы не будем допытываться причин этого явле­ния. Важен сам факт. Первые две трети палеонтологиче­ской летописи планеты посвящены исключительно простей­шим созданиям — одноклеточным водорослям, бактериям, которые, конечно, чрезвычайно сложны.

Остатки примитивных многоклеточных водорослей, отпечатки медуз относятся к вендскому заключительному периоду докембрия. Эти существа появились приблизительно миллиард лет назад. О цефализации еще не могло быть и речи — клетки сравнительно слабо отличались одна от другой.

Длительное господство одноклеточных и, по крайней мере, полумиллиардный период существования примитив­ных многоклеточных доказывают, очевидно, полную воз­можность жизни обходиться без дальнейшего усложнения клеток. Почему же оно все-таки свершилось?

Великое множество живых существ вполне сносно су­ществует, а то и процветает (с древнейших времен!) без нервов, нервной системы, головного мозга. Цефализация их не коснулась. Тем не менее, они не испытывают, как будто, никаких неприятностей. (Да и можно ли испытывать не­приятности без нервной системы?). В отличие от многих видов крупных млекопитающих, они не собираются выми­рать и в техносфере.

Впрочем, даже примитивных многоклеточных нельзя назвать совершенно бесчувствен­ными. Они живые, и в отличие от косных неживых тел спо­собны более или менее целесообразно реагировать на изменения внешней среды.

У них передается возбуждение от клетки к клетке. Хотя обычные клетки, обремененные множеством забот (пита­ние, выделение, размножение и т. д.), не очень-то расторопны. У губок, например, передача раздражения идет со скоростью около 0,2 см/сек.

В дальнейшем клетки усовершенствовались. Мышцы черепахи проводят возбуждение уже со скоростью 1,5 см/сек, белые мышцы кролика — около 10 см/сек, а человека — до 13 см/сек. Однако на этом пути добиться принципиальных успехов трудно. Рекордсменом стало калифорнийское насекомоядное растение — мухоловка (20 см/сек). Это — тупик.

На первой ступени цефализации у живых существ появились специализированные нервные клетки. (Это про­изошло, по-видимому, более полумиллиарда лет назад.) Они служили для передачи раздражений, регуляции дви­жения и питания, т. е. для более тесного и упорядоченного взаимодействия клеток друг с другом и окружающей сре­дой. Нервный импульс стал передаваться в десятки и сот­ни раз быстрее, со скоростью нескольких метров в секунду.

Вторая ступень цефализации — перестройка системы нервных клеток. Самая простая нервная сеть, состоя­щая из множества небольших и более или менее беспоря­дочно расположенных нервных клеток (нейронов), оказа­лась далекой от совершенства. Возбуждение она передает со скоростью 4—15 см/сек, с задержками на контактах клеток. Так происходит у кишечнополостных.

Эволюция пошла иным пу­тем: возникли отдельные скопления нервных волокон — ганглии. Они призваны регулировать импульсы раздражений, идущие по различным нервным путям.

Тут уже начинается, как бы репетируется, настоящая цефализация. Нервные узлы объединяют действия многих клеток, предвосхищая появление центральной нервной системы. С помощью этих регуляторов (ганглиев) удалось дове­сти скорость нервного импульса до 40 см/сек у пиявки, 120 см/сек у ракообразных и 250 см/сек у сколопендры. Отдельные скопления нервных клеток стали образовывать­ся еще у кишечнополостных.

Третья ступень цефализации связана с историей мол­люсков. Она заканчивается появлением головоногих моллюс­ков (цефалопод), обладавших для «своего времени» наи­более совершенной нервной организацией. Образование у них (в частности, у осьминогов) своеобразных рук — щупалец — и развитого глаза сопровождалось централизацией нервной системы. Из всех живых существ они первые обзавелись головным мозгом, сконцентрированным вокруг ротового отверстия.

И внутри мозга шла специализация. Отдельные участки его заведовали различными органами тела: руками, глазом, чернильными железами и т. д. Такое «разделение труда» позволяло наиболее целесообразно отвечать на раздраже­ния, координируя действия всех органов из единого центра.

У головоногих по сравнению с их предшественниками резко увеличилась скорость прохождения нервных импуль­сов за счет увеличения толщины нервных волокон, достиг­ших 1 мм в диаметре (рекордная величина!). Скорость распространения возбуждения превысила 25 м/сек.

Возможно, на заре своего развития головоногие имели более примитивную нервную систему, и она до наших вре­мен усложнялась. Однако — факт остается фактом — и в этом случае прогрессивная эволюция зашла в тупик. Совершенство цефалопод обернулось недостатком. Толстые нервные волокна занимают много места, к тому же имея большую поверхность, по которой соприкасаются и взаимодейству­ют с окружающими клетками. Возникают помехи, меша­ющие нормальной работе.

Головоногие получили от природы всё, что им требо­валось: восемь или десять рук, сложные органы защиты и нападения, централизованную нервную систему для управления ими. И они «успокоились на достигнутом».

Еще в один тупик зашла цефализация у насекомых. Здесь наблюдается удивительное и загадочное явление: переход от цефализации индивидуума к цефализации сообщества. Нервная система одного существа имеет смысл лишь в сочетании с другими, так же как одно существо практически обречено на гибель, подобно клетке, отторгнутой от целого организма («эффект группы»).

Всем известны примеры сложнейшего общественного поведения пчел, ос, муравьев. Оно определяется высоким развитием головного мозга, в частности, так называемых стебельчатых тел. Насекомые «обзавелись» мозгом из двух полушарий, каждое из которых заведует своей половиной тела. У них имеется и подобие спинного мозга.

Почему бы насекомым не стать конкурентами людей по разуму?

Помехой стали недостатки общей «конструкции». Хитиновый покров ограничивает размеры тела, а при увеличении тела уменьшает подвижность жи­вотного. Пассивное трахейное дыхание не обеспечивает кислородом большие скопления клеток. Поэтому размеры насекомых сравнительно невелики, и мозг им соответствует. В маленьком объеме мозга может быть сконцентрировано ограниченное число нейронов. Да и неизбежны по­мехи, «тепловые шумы» при работе клеток, собранных слишком компактно.

Для многих сравнительно «мозговитых» насекомых чрезмерная власть, сила группового объединения обернулись подавленностью, слабостью отдельной особи, обрекая ее на роль стандартной детали в механизме сообщества.

Очередной тупик цефализации — рептилии, расплодившиеся на Земле около 200 миллионов лет назад. Эти причудливые создания имели скелет, более или менее похожий на чело­веческий. Позвоночник — ось тела — содержал спинной мозг, а в черепе находился головной мозг. Некоторые хищные рептилии бегали на двух ногах, имели «руки».

Но вот беда: скорость нервного возбуждения у них, хладнокровных, зависит от температуры окружающей сре­ды. Так, у лягушки эта величина при 1—2°С составляет 5—8 м/сек (седалищный нерв), при 10°С —14, при 20°С —25, при 30°С —60 м/сек. Подобное непостоянство — серьезный дефект.

Не менее существенна и другая особенность. Рептилии в своей жизни полагались главным образом на мозг, расположенный в области поясницы. Как говорится, были задним умом крепки. Головной мозг у гигантских ящеров был не более чем у котенка. Спинной мозг, по-видимому, хорошо справлялся лишь с управлением громоздкого тела.

Четвертую ступень цефализации преодолели теплокров­ные млекопитающие. У них нервная система постоянно ра­ботает при оптимальной температуре 40—30°С. Нервные клетки обрели специальную миелиновую оболочку, поз­волив ускорить прохождение нервного импульса и умень­шить помехи при незначительном диаметре нервного во­локна. Возникали и некоторые другие, более сложные усовершенствования. И самое главное — у отдельных групп млекопитающих значитель­но возрос объем головного мозга.

Очень велик и сложен мозг у дельфинов афалин. По абсолютному весу он превосходит мозг человека, по слож­ности рельефа как будто ему не уступает, а по относитель­ному весу (на единицу веса тела) немногим меньше. Осо­бенно велики у дельфинов височные и теменная доли. Ви­сочные доли определяют способность хорошо воспринимать слуховые сигналы, а теменная об­ласть мозга — зрительные. Передача и прием сигналов (язык) нужны дельфинам для организации дель­финьего сообщества, для воспитания детенышей и т. п.

В ряду млекопитающих от более древних и примитив­ных к современным заметно возрастает абсолютный и от­носительный объем головного мозга, количество нейронов, площадь всех отделов мозга. Особенно показательно уве­личение площади так называемой коры.

На графике цефализации, увеличения числа нейронов в организмах за последние полмиллиарда лет, ясно видны ступени, воздымающиеся от нуле­вой оси вверх. В действительности они, возможно, имеют значительно более сложную форму. Но главная закономерность выдерживается: круп­ные подъемы с одного уровня на другой становятся пологими. Цефализация как бы набирается сил, энергии, для того чтобы подняться на более высокий уровень.

«Начиная с кембрия, т. е. в течение пятисот миллио­нов лет,— констатировал В. И. Вернадский,— мы видим, что от времени до времени, с большими промежутками остановок... идет увеличение сложности и совершенства строения центральной нервной системы, центрального мозга».

Дата добавления: 2015-08-27