Текст книги "Феномен мозга. Тайны 100 миллиардов нейронов"

Кто и как «шел в прорыв»?

Ученые XIX века считали, что эволюционные процессы идут очень медленно. И что в ходе этих процессов весь материнский вид постепенно превращается в дочерний. Отсюда и идея «переходных звеньев», промежуточных существ: их тоже должно быть очень много.

К середине XX века выяснилось: новые виды, и даже более крупные таксоны, возникают с очень большой скоростью. На небольшой территории часть предкового вида быстро, за считаные несколько поколений, превращается в другой вид. Число особей этого нового вида – тысячи, чуть ли не сотни. Потому и трудно найти «переходные звенья»: их число очень невелико.

В геологической летописи сохраняются кости лишь ничтожного числа представителей каждого вида. Если таких особей много, сотни тысяч и миллионы, то и попадать в геологические слои и сохраняться они будут чаще. А немногочисленные животные, которые существовали недолго, на небольшой территории, могли вообще в геологическую летопись не попасть.

Трехпалые лошади – гиппарионы появились в Северной Америке примерно 12 млн лет назад и очень долго скакали по всем материкам, кроме Австралии и Антарктиды. Последние гиппарионы то ли вымерли, то ли истреблены человеком в Африке примерно 125 тысяч лет назад.

В каждом поколении численность гиппарионов достигала миллионов особей. Костей гиппарионов найдено множество.

5 млн лет назад появляются «настоящие» лошади с одним копытом. Они тоже появились в Северной Америке и быстро завоевали мир, повсюду вытесняя гиппариона. Их тоже были миллионы особей, и костей лошади найдено очень много.

А вот переходные формы от трехпалых лошадей к однопалым – не найдены. Этих животных было немного, за всю их историю – несколько тысяч. Мы или пока не нашли их останков, или вообще никогда не найдем.

Виды, роды, семейства и отряды всех животных имеют свои родины. Так и получилось с плацентарными млекопитающими: они возникли на просторах Лавразии, и осколки Гондваны долгое время знали только сумчатых и однопроходных. И даже в Южную Америку проникли только самые примитивные отряды плацентарных млекопитающих.

Высшие обезьяны возникли в Африке, Европе и Южной Азии. А в обоих Америках и в Австралии их не было, и там процесс возникновения человека не шел.

Итак, закономерность первая: новые виды и роды возникают быстро и имеют свои родины. Даже обидно как-то: попал в новую «точку эволюции» – и все в порядке: имеешь шансы стать предком существ нового вида. Не попал – и у тебя уже никаких шансов, ты находишься вне поля эволюции.

Правда, эта несправедливость касается только животных, люди с ней могут бороться… Как – расскажу в пятой главе.

Закономерность вторая: эволюция происходит в эпоху катастроф. В эпоху поднятия новых гор, оледенений, осушения мелководий, опустынивания, прочих ужасов. Давно известно, что число родов и семейств во всех группах животных резко возрастает в экстремальные климатические периоды[40]40
  См.: Геккер Р.Ф. Введение в палеоэкологию. М., 1957. С. 126.


[Закрыть]. И не только в климатические!

Один палеонтолог отмечал «…приуроченность эволюционных рубежей к тектоническим и климатическим перестройкам, которые в значительной степени определяют скорость эволюции»[41]41
  См.: Гор Ю.Г. Об особенностях и темпах эволюции позднепалеозойских флор и экосистем// Палеонтология и эволюция биосферы. М., 1983. С. 104.


[Закрыть].

Другой подчеркивал, что «глобальные вымирания в конце мела связаны с изменением конфигурации океанов и материков, трансгрессиями моря, изменениями химизма среды в целом[42]42
  См.: Москвин М.М. Биогеография позднего мела // Итоги науки и техники. Стратиграфия, палеонтология. М., 1979. Т. 9. С. 87—124.


[Закрыть].

А третий так вообще написал, что перестройка биосферы на грани палеозоя и мезозоя связана с «рядом фаз орогенеза, охвативших большой промежуток времени»[43]43
  См.: Шиманский В.Н. Историческое развитие биосферы // Эволюция и биоценотические кризисы. М., 1987. С. 23.


[Закрыть] и что «плейстоценовая биогеоценологическая катастрофа сократила фауну млекопитающих почти на четверть»[44]44
  Там же. С. 33.


[Закрыть].

Приходится признать как эмпирический факт: биологическое и биоценологическое разнообразие возникает и усиливается как раз в периоды экстремумов, а вовсе не в периоды инерционного развития.

Люди не любят никаких экстремумов и стараются их избежать. Они считают «очевидными» и «разумеющимися само собой» представления о вредности, даже о губительности экстремальных состояний. Считается «очевидным», что система «должна» стремиться к состоянию равновесия, покоя и устойчивости, а периоды экстремумов влекут только разрушения, страдания и гибель.

Как правило, индивидуальный человек именно так и оценивает экстремальные периоды истории. При том что «есть упоение в бою и мрачной бездны на краю», что «Блажен, кто посетил сей мир в его минуты роковые», большинство людей не склонны искать «роковых» мгновений и уж тем более панически бегут от «мрачной бездны».

Но экстремальные периоды развития и есть то время, когда эволюция протекает ускоренно! Во время экстремумов словно уплотняется само время. За единицу стандартного астрономического времени протекает больше важных для эволюции событий, чем когда-либо.

Люди, жизнь которых пришлась на экстремальные периоды, обычно не очень радуются. Китайское проклятие «чтоб тебе жить в эпоху перемен» очень и очень характерно. И во время крушения Римской империи, и к концу Первой мировой войны многие вполне серьезно ждали конца света. Когда начали высыхать приморские водоемы в середине палеозоя, это был настоящий конец света для кистеперых рыб. Если бы они умели говорить и писать, рыбы наверняка рассказали бы о своих страданиях и о своем несогласии с таким поворотом событий. А то что это за жизнь: все чаще приходится переползать из одного водоема в другой, рискуя жизнью! Невероятные страдания, усилия, риск – и все ради того, чтобы остаться в воде. А предкам как было хорошо! Живи себе спокойно в воде, никаких тебе обсыханий…

Кистеперые рыбы все чаще переползали из водоема в водоем, постепенно порождая наземных животных, земноводных. Для вида в целом – триумф. Для отдельных особей – только сплошные неприятности.

Механизм приуроченности эволюции к эпохам перемен и катастроф даже понятен…

В инерционные периоды, когда все давно устоялось, виды слишком сильно связаны друг с другом, слишком сильно зависят друг от друга и в результате им становится буквально «некуда» развиваться. У каждого вида – своя кормовая база, своя экологическая ниша и свои места обитания.

В периоды же экстремумов виды и популяции оказываются не связаны друг с другом. Соответственно, каждый вид может развиваться вне сдерживающих воздействий других видов. А одновременно перед каждым видом и популяцией открываются перспективы занятия новых экологических ниш. «Эволюционное значение имеет попадание популяции в необычные условия»[45]45
  См.: Жерихин В.В., Расницын А.П. Биоценотическая регуляция макроэволюционных процессов // Микро– и макроэволюция. Тарту, 1980. С. 77–81.


[Закрыть]. В результате происходят «быстрые несогласованные изменения отдельных видов[46]46
  См.: Жерихин В.В., Расницын А.П. Там же.


[Закрыть].

Новая растущая группа вряд ли займет место уже существующей, а скорее она займет нишу, обитатель которой вымер, или создаст новую. Разнообразие возрастет.

«На отрезке времени, для которого характерно… изменение, в ряде групп происходит как бы «проба сил», когда возникают группы, которые окажутся достаточно жизнеспособными и в будущем, и много «экзотичных» групп, просуществующих незначительное время»[47]47
  Там же. С. 57.


[Закрыть].

Роберт Кэрролл убедительно показывает, что даже крупные таксоны возникают из популяций и даже из частей популяции, оказавшихся в нестандартной ситуации и «использовавших» эту ситуацию для собственного развития[48]48
  См.: Керролл Р. Палеонтология и эволюция позвоночных. Т. 3.


[Закрыть].

Впрочем, тут пора сказать о третьей закономерности: всегда и во всех случаях изменяется не ВСЯ популяция, оказавшаяся в «точке эволюции» и во время крутых изменений всей природы.

Вот те же мелководья древних палеозойских морей – важнейшее «место эволюции». Вот начинается горообразование, площадь водоемов все сокращается. И что же, все кистеперые рыбы дружно стали превращаться в земноводных? Конечно, нет. Часть из них попросту погибнет: им не хватит чисто физических сил переползти из высохшего болота в еще полное воды. Они умрут по пути. Другие никак не решатся отправиться в дальний, трудный путь. Они не решатся, не смогут, упустят время и умрут вместе с высыхающим болотом.

У тех, кто будет постоянно ползать из водоема в водоем, плавники сделаются лапками, кожа станет плотнее и лишится чешуи, плавательный пузырь начнет превращаться в легкие, их мозг начнет усложняться… Словом, они начнут становиться земноводными. Это будет их Великий Эволюционный Шанс. Но этот шанс будет только у тех, кто оказался в нужном месте и в нужное время. Долгое время считалось, что кистеперые рыбы давным-давно вымерли, став предками наземных животных. А оказалось – до нашего времени у восточного побережья Африки живут-поживают кистеперые рыбы! Их даже не один, а как минимум три вида. Кистеперые рыбы любят прохладные глубокие воды и только в безлунные ночи поднимаются к поверхности воды. Местные жители ловят их ради вкусного мяса, а жесткой шкурой кистеперой рыбы – целаканта – зачищают велосипедные покрышки, обрабатывают поверхность деревянных изделий…

Эти кистеперые рыбы – потомки тех, кто не оказался в нужное время в нужном месте. И Великий Эволюционный Шанс прошел мимо.

Шанс будет только у тех, кто примет вызов. Кто упорно поползет – а тело сразу же сделается в несколько раз тяжелее. Кто будет приучать глаза, обоняние, слух к совершенно новым условиям – и, кстати говоря, к условиям, в которых намного больше информации, чем в воде. Нужны другие, более совершенные органы чувств – чтобы они возникли, нужно внимательно, напряженно всматриваться и вслушиваться во все происходящее. Вал информации должен перерабатывать больший по размерам, более сложно устроенный мозг. Какой-то рыбине это не под силу, а какой-то – окажется и «по плечу».

Предками новых, более сложных форм жизни становятся только самые жизнеспособные, активные, умные, сильные, упертые. И только.

И, наконец, закономерность четвертая: чем сложнее форма жизни, тем быстрее она эволюционирует. Если понимать эволюцию как чисто генетическое явление: чем больше поколений, тем больше изменений. А все наоборот: «с уменьшением плодовитости и ослаблением общей элиминации (то есть смертности представителей вида. – А.Б.) скорость эволюции не уменьшается, а растет»[49]49
  См.: Расницын А.П. Темпы эволюции и эволюционная теория (гипотеза адаптивного компромисса) // Эволюция и биоценотические кризисы. М., 1987. С. 51.


[Закрыть].

Говоря попросту – чем сложнее группа животных, тем быстрее она эволюционирует. При том что продолжительность жизни индивида растет, а значит, за единицу времени и поколений протекает меньше. Логически рассуждая, муха дрозофила должна эволюционировать быстрее, чем крупные млекопитающие, но вот факты: «в плейстоцене состав крупных млекопитающих менялся неоднократно и резко, тогда как из 2000 видов насекомых, известных из тех же условий, вымершими считаются только около 30»[50]50
  Там же. С. 61.


[Закрыть]. Из этого А.П. Расницын делает вывод о «несостоятельности чисто генетического подхода к эволюции»[51]51
  Там же. С. 48.


[Закрыть].

Одна закономерность, впрочем, вполне генетическая: чем сложнее организм, тем больше признаков передается новому поколению от папы и мамы. А ведь есть еще такая штука, как мутация: при передаче признаков от папы-мамы к потомству появляются признаки, которых нет ни у папы, ни у мамы. Чем всех признаков больше – тем больше изменений. Потому и получается: надо изменяться? Сложные виды изменяются больше и быстрее.

А кроме того, всякий «негенетический» подход заставляет нас учитывать информационные процессы. Применительно к биологической эволюции – в первую очередь учитывать факторы цефализации со всеми вытекающими закономерностями.

Мало того, что более высокоразвитые организмы эволюционируют быстрее примитивных, по принципу: «кто умнее – тот быстрее развивается». Виды и популяции заставляют друг друга все активнее включаться в информационные процессы.

Интеллектуализируясь, обучаясь более дифференцированным и сложным взаимодействиям и воздействиям на среду обитания, виды составляют мощную конкуренцию для всех организмов, занимавших аналогичные экологические ниши. Всякое проникновение животных с более высоким уровнем развития нервной деятельности на территорию, где таких высокоразвитых животных еще не видали, создает экстремумы для местной фауны.

Фактически это означает, что элементы биоценозов организуют друг для друга «внешние» катастрофы и экстремальные состояния разного типа и уровня. Уже и высыхания водоемов не надо, если появляется новый эффективный хищник.

И в этом случае все повторяется: одни живут не там, где появился этот хищник, другие не способны ему сопротивляться, третьи не хотят меняться. Не все зависит от желания самого организма… но чем сложнее организм, тем больше и больше от него зависит.

Глава 2
Как устроен головной мозг?

– Зачем тебе голова?

– Я в нее ем…

Анекдот

Как это устроено?

Мозг – часть организма. Необычная, исключительно важная, но часть. Чем сложнее животное, тем труднее управлять и его организмом, и его поведением. Мозг, или там «узел ганглиев» мухи, паука, осьминога уже разделен на специализированные отделы. Каждый из них получает и перерабатывает «свою» информацию, принимает «свои» решения и управляет «своими» сторонами жизни животного.

У примитивных животных может быть не один мозг. У моллюсков, ракообразных и насекомых есть по нескольку нервных центров. Диплодок – двудум, имел крохотный головной мозг, такой же, как у новорожденного котенка. Но «зато» у него был особый крестцовый мозг – расширение спинного над задними ногами. Этот крестцовый мозг управлял задними ногами и хвостом. И без головы диплодок какое-то время мог жить: продолжались движения задних ног, хвост молотил вокруг, а был он размером с небольшое дерево.

Так и современные птицы, в том числе куры, могут довольно долго бегать, даже летать, с отрубленной головой. Зрелище жуткое, но поучительное, потому что сразу видно, как много функций берет на себя спинной мозг.

Еще более сильное впечатление производят куски мяса черепах на южных базарах: они шевелятся. Нервная деятельность в теле черепахи до конца не угасает не только когда ей отрубят голову, но и когда ее разделают на куски и повезут на базар.

Нервным туристам становится не по себе, а биологам есть о чем задуматься.

Рыбы… Хорошо помню, как один раз начал мыть голову уже разделанного, выпотрошенного осетра. Вода из-под крана хлынула в рот, омыла жаберные щели… И обрубок рыбины зашевелил плавниками, жабрами, ртом, забил по краям мойки обрубком хвоста.

Но конечно же, намного более выигрышно сосредоточить сложную нервную деятельность, особенно переработку информации, в одном органе – головном мозге. Не случайно ведь мозг как возник, так с тех пор только и делал, что увеличивался и усложнялся.

Головной мозг уже самых примитивных позвоночных имеет отделы, характерные для всего типа. Каждый отдел имеет свое назначение, и они одинаковы и у высших, и у низших животных.

И у миноги, и у человека головной мозг можно условно разделить на три основные части: передний мозг, ствол и мозжечок. Некоторые научные школы считают, что мозжечок составляет часть ствола, и ствол состоит из продолговатого мозга, среднего, промежуточного и мозжечка. Другие полагают, что ствол мозга состоит из продолговатого мозга, моста и среднего мозга, а мозжечок – совершенно особый отдел. Смысл этих глубокомысленных споров понять трудно… самое невероятное – смысл как раз, может быть, и есть.

Ствол – это расширение спинного мозга, его продолжение. Ствол управляет самыми простыми, чисто инстинктивными действиями. Он есть у всех позвоночных животных.

Ствол мозга расположен у основания черепа. Он соединяет спинной мозг с передним мозгом и состоит из продолговатого мозга, среднего, промежуточного и моста.

Через средний и промежуточный мозг, как и через весь ствол, проходят двигательные пути, идущие к спинному мозгу, и некоторые чувствительные пути от спинного мозга к другим отделам головного. Ниже среднего мозга расположен мост, связанный нервными волокнами с мозжечком. Самая нижняя часть ствола – продолговатый мозг – непосредственно переходит в спинной. В продолговатом мозгу расположены центры, регулирующие деятельность сердца и дыхание в зависимости от внешних обстоятельств, кровяное давление, желудок и перистальтику кишечника.

От головного и спинного мозга отходят нервы во все органы и все части тела. Только от головного мозга отходит 12 пар черепно-мозговых нервов. Почему «пар»? Потому что по одним нервам к мозгу стекается информация от внутренних и наружных рецепторов. А по другим, в обратном направлении идут сигналы к мышцам и железам.

Мозжечок очень развит у насекомых, особенно летающих. Впрочем, многие ученые считают, что у мухи вовсе не мозг, а так, крупные ганглии. Но и у нее, в ее «ганглиях», есть отделы, аналогичные мозжечку. Они развиты намного больше, чем мозжечок человека.

Ричард Бах, офицер американских воздушных сил, описывает, как молодым офицерам приказали отдавать честь мухам: за то, что они и без всякого самолета могут выделывать в воздухе такое, что и на самолете никакому человеку не под силу.

Конечно, этот приказ был направлен в основном на то, чтобы научить молодых офицеров контролировать свои эмоции. Отдавая мухе честь, новоиспеченный лейтенант американских ВВС невольно улыбался.

– Почему вы улыбаетесь?!

– Это забавно, сэр…

– Кто хозяин ваших эмоций? Вы? Так научитесь относиться к мухам серьезно![52]52
  См.: Бах Р. Дар крыльев. М., 2007.


[Закрыть]

Действительно, муха без всякой тренировки может кувыркаться в воздухе, мгновенно останавливаться, лететь головой назад, на спине или выписывать сложные петли. От одного наблюдения за ней может закружиться голова… По крайней мере, у человека.

Мозжечок управляет пространственным поведением организма. Чем подвижнее животное, тем он сильнее развит. К примеру, таковой он у птиц и таких животных, как белка. Мозжечок регулирует тонкие автоматические движения, координирует активность различных мышечных групп при движении. Он же постоянно контролирует положение головы, туловища и конечностей, то есть организует поддержание равновесия. Без мозжечка мы не смогли бы приобрести любые двигательные навыки, не могли бы запоминать и осуществлять последовательные движения.

Передний мозг называют еще большим мозгом: даже у самых примитивных животных он больше ствола. В нем выделяют большие полушария, таламус, гипоталамус и гипофиз (одну из важнейших нейроэндокринных желез). Большие полушария – самая крупная часть мозга, составляющая у взрослых людей примерно 70 % его веса. В норме полушария симметричны. Они соединены между собой массивным пучком белого вещества (мозолистым телом), обеспечивающим обмен информацией.

У рыб, земноводных и пресмыкающихся, даже у сумчатых млекопитающих нет мозолистого тела, то есть у них правое и левое полушария головного мозга не связаны.

Внутри мозга различают серое вещество, состоящее преимущественно из тел нервных клеток и образующее кору, и белое вещество – нервные волокна. Белое вещество формирует проводящие пути, связывающие между собой различные отделы мозга, и нервы, выходящие за пределы мозга и идущие к различным органам.

Вроде бы чисто анатомическая деталь, нужная разве что биологам и врачам. А ведь ее учитывает массовое народное сознание: «Ты почему тройку получил?! Сколько у тебя серого вещества?!» И никто не спросит, а сколько у тебя вещества белого? Не только узкие специалисты, народные массы в наше время тоже знают такие тонкие различия и отлично учитывают их. И великий сыщик Эркюль Пуаро тоже говаривал о своих «маленьких серых клеточках». А вовсе не о своих «белых клеточках».

На уровне ствола проводящие пути, связывающие каждое из больших полушарий с мозжечком, перекрещиваются. Поэтому каждое из полушарий управляет противоположной стороной тела и связано с противоположным полушарием мозжечка. У человека правое и левое полушария имеют разные функции. У других животных этого не замечено.

Каждое полушарие состоит из четырех долей: лобной, теменной, височной и затылочной. Поверхность полушарий покрыта бороздами и извилинами, увеличивающими поверхность коры – особого наружного слоя мозга. Кора головного мозга покрывает полушария слоем серого вещества толщиной всего 1–5 мм. Но его функция громадна.

Выделяют древнюю кору (палеокортекс), старую кору (архикортекс) и новую кору (неокортекс). Древняя кора есть уже у рыб. Старая кора появляется у амфибий и хорошо развита у пресмыкающихся. Новая кора у пресмыкающихся в зачаточном виде, а у млекопитающихся она все больше и сложнее в зависимости от сложности организма.

Даже у самых высших животных объем коры не превышает 5 % объема всего полушария, а площадь неокортекса меньше 20 % всей коры. А вот у человека объем коры превышает 44 % объема всего полушария, а ее поверхность составляет порядка 1500–1600 см в квадрате. Древняя кора занимает 2,2 % всей поверхности коры, старая кора – 2,2 %, а новая кора – 95,6 %.

В коре есть области, в которых локализованы различные сложные функции организма. В коре лобных долей содержатся центры, регулирующие двигательную активность, центры планирования и предвидения. В коре теменных долей, расположенных позади лобных, находятся зоны телесных ощущений, в том числе осязания и суставно-мышечного чувства. Сбоку к теменной доле примыкает височная, в которой расположены первичная слуховая кора, а также центры речи и других высших функций. Задние отделы мозга занимает затылочная доля, расположенная над мозжечком, ее кора содержит зоны зрительных ощущений.

Области коры, непосредственно не занятые регуляцией движений и анализом чувственных ощущений, называют ассоциативной корой. В этих специализированных зонах образуются ассоциативные связи между различными областями и отделами мозга и интегрируется поступающая от них информация. Это обеспечивает такие сложные функции, как обучение, память, речь и мышление.

Именно кора позволяет млекопитающим лучше приспосабливаться к условиям окружающей среды, полнее использовать природные ресурсы при добыче пищи, при защите от врагов, при устройстве нор, убежищ. Ее развитие жизненно важно для всех сложных форм поведения.

И это тоже отмечает массовое сознание человечества! «Одна извилина, и та от фуражки» – это не очень лестный комплимент. А вот «извилины у него глубокие» – звучит уважительно, хотя ведь никто глубины извилин этого умного человека не мерил.