Текст книги "Как мозг учился думать"

Направо или налево?

Дождевой червь наверняка известен всем. Однако не спешите сказать, что вы знакомы с ним хорошо. Нелепо извивающийся на рыболовном крючке, он здесь совсем не таков, как у себя дома, в норе. Знаете ли вы, например, что это животное, не имеющее даже глаз, ничуть не уступает нам в чувствительности к свету. Взрослый червяк, благодаря светочувствительным клеткам кожи, отвечает оборонительной реакцией на такой слабый свет, который не всегда даже воспринимается человеческим глазом.

Живут дождевые черви в самостоятельно вырытых норках. Для землекопа, не имеющего ни рук, ни ног, это достаточно сложная работа. Единственное орудие труда, заменяющее червю лопату, – его голова, если решиться назвать головой передний конец тела этого животного. Приступая к земляным работам, червь его максимально вытягивает, при этом кончик становится тонким-тонким. Ощупывая им поверхность земли, наш землекоп старается найти хотя бы крохотную щелку, чтобы засунуть туда «голову». Если это удается, начинает работать ударный механизм. Внутри, под мышечным слоем, у червя находится массивная глотка. Она достаточно подвижна, может оттягиваться немного назад и смещаться вперед, двигаясь достаточно быстро. Свою подвижную глотку червь использует как молот. Быстрыми ударами изнутри он старается забить «голову» как можно глубже в землю. Затем сокращением продольной мускулатуры раздувает забитую в почву часть тела, расширяя проделанное отверстие, и вновь вколачивает голову глубже. Так, забивая и раздувая переднюю часть своего тела, червь продвигается дольше и дальше.

Если под натиском червя земля уплотнилась настолько, что не поддается его усилиям, животное меняет тактику. Он отрывает губами маленькие кусочки земли и проглатывает их. В летнюю засуху землекопу приходится смачивать почву своею слюной. Когда пищеварительный тракт полностью заполняется землей, червь пятится назад к поверхности и здесь, у входа в норку, выбрасывает ее. Характерные кучки на поверхности земли выдают присутствие в почве дождевых червей. За сутки каждый червь пропускает через свой кишечник столько земли, сколько весит сам. Если учесть, что на площади в один квадратный километр проживает от пятидесяти миллионов до двух миллиардов дождевых червей, то их работа покажется внушительной – двести–триста тонн земли в сутки! И нужно напомнить, что работа по рыхлению и перемешиванию почвенного слоя крайне полезна. Она способствует увеличению плодородия почвы.

Жизнь дождевого червя однообразна. Все светлое время дня, если, конечно, не случится большого дождя, он сидит в норке, головой к тщательно заткнутому входу. В сумерки подземный житель оживляется, выползает на поверхность, но полностью расстаться со своим домом не решается. Когда хвост в норе, можно мигом удрать от любой опасности. К тому же он не умеет запоминать дорогу домой. Оторвавшись хотя бы ненадолго от своей норы, червяк обрекает себя на необходимость к утру заняться земляными работами по сооружению нового убежища. Поэтому он цепляется задним концом тела за край норки, а передний вытягивает как можно дальше и тщательно обследует все вокруг. Наткнувшись на какой-нибудь предмет, он присасывается к нему губами и тащит в нору. Если крупный камушек, толстую палочку или слишком большой лист затащить не удается, то, недолго помучившись, червь без видимого сожаления его бросает. Зато мелкие камушки мигом оказываются в норе, и хозяин дома вдавливает их в стенку, укрепляя свое жилище.

Интересно наблюдать, как хозяин норы затаскивает туда древесный лист. Сделать это нелегко, дождевые черви слишком осторожные животные. Чтобы справиться с находкой, им нужна не только сила, необходима известная сноровка. Лист удастся затащить под землю, только если его схватить за верхушку, за острый верхний кончик. Черешком вперед тащить бесполезно, он наверняка застрянет. Червь действует методом проб и ошибок: потянет здесь, потянет там, пока не найдет такое положение, при котором сопротивление листа окажется наименьшим. Действует он не совсем вслепую. За черешок листа тянуть не будет. Но это не результат осознанного подхода к работе и не инженерная смекалка. Просто вкус черешка не привлекает червя.

Нелегко затащить в нору сосновую иголку. Они растут парами, и, если тянуть за кончик одной из них, вторая упрется в землю и работу придется начинать сначала. Здесь приходится тащить за черешок. Видимо, черешки сосновых игл не вызывают у животных особого отвращения, да к тому же сами иглы чересчур тонки, и присасываться к ним губами неудобно. Хвоя и начинающие подгнивать листья используются хозяевами подземелий в пищу, а для почвы являются прекрасным удобрением.

Нервная система дождевого червя гораздо совершеннее, чем у кишечнополостных животных. Вместо жиденькой сети нервных клеток, природа наделила ее уже хорошо оформленной центральной нервной системой: на брюшной стороне животного, вдоль всего ее тела тянутся две параллельно идущие цепочки нервных ганглиев – скоплений нервных клеточек. Две пары самых первых – наиболее крупные. Они даже получили специальные названия надглоточных и подглоточных ганглиев. Именно сюда поступает информация с переднего конца тела, когда червь обследует пространство, окружающее нору. Пользуясь преимуществами своего положения и своего размера, эти нервные узелки пытаются вмешиваться в работу всей остальной нервной цепочки, как бы беря на себя функцию, принадлежащую у высших животных головному мозгу.

Усовершенствования в устройстве нервной системы дождевого червя по сравнению с кишечнополостными животными столь значительны, что резонно ожидать и существенной прибавки к его «умственным способностям». Чтобы проэкзаменовать червей, ученые придумали достаточно сложную задачу. Животных сажали в искусственную нору с прозрачным потолком. Своею формой нора напоминает букву Т, поэтому такое устройство исследователи называют Т-образным лабиринтом. Червя помещают в отрезок норы, соответствующий ножке буквы Т, головой в сторону развилки. Если, добравшись до перекрестка, червяк свернет вправо, он получит удар электрического тока. Здесь на дне норки находятся oгoлeнныe провода, подключенные к источнику тока. Левый отнорок ведет в небольшую камеру, наполненную чуть влажной землей. Там червяк должен чувствовать себя достаточно уютно. Для него прямой расчет запомнить дорогу в комфортабельное убежище.

Земляных червей тренировали долго. Большинство в конце концов научилось выбирать в лабиринте правильное направление. Правда, даже лучшие ученики до последнего дня продолжали время от времени грубо ошибаться. Учащиеся, хорошо справлявшиеся с заданием сегодня, на следующем экзамене вполне могли заработать «кол». Они совсем забывали полученный урок и, упорно поворачивая направо, систематически получали за это соответствующее наказание. Интересно, что черви, которым удалили надглоточные ганглии – самую важную часть их нервной системы, учились ничуть не хуже своих нормальных товарищей. Это значит, что надглоточные ганглии, обычно называемые головным мозгом червя, к образованию этих оборонительных навыков прямого отношения не имеют.

Ученых интересует не только то, чему можно научить животных. Для них еще важнее выяснить, что при этом происходит в мозгу «учеников». Внимательные наблюдения за дождевыми червями показали, что память у них никудышная. Просто под воздействием ударов электрического тока ганглии, дающие команду о повороте налево, бывают возбуждены несколько сильнее, чем те, что руководят правым поворотом. Поэтому их «голоса» звучат сильнее, и команды свернуть налево оказываются как бы более «громкими». Обычно мышцы червя именно эти распоряжения и выполняют, и ученик без помех попадает в убежище.

Присматриваясь к поведению своих подопытных животных, ученые обратили внимание, что приобретаемые ими навыки по прочности и устойчивости значительно превосходят суммационные рефлексы гидры. У дождевых червей они, даже без дополнительной тренировки, могли сохраняться несколько дней. Ясно, что навыки дождевых червей помогают им избегать многих неприятностей, а значит, очень полезны. Так что, оценивая способности дождевых червей по пятибалльной системе, следует отнести их к разряду прочных троечников. Гордиться тут, конечно, нечем, но все-таки приходится признать, что у них уже наметилась способность приспосабливаться к изменениям, возникающим в окружающем мире.

Безголовый предок

До сих пор в нашем лабораторном зоопарке мы останавливались у «клеток» с так называемыми беспозвоночными животными. Изучение их умственных способностей, безусловно, имело важное значение, но интереснее было бы проследить, как оно развивалось у хордовых. К этому типу организмов, как вы знаете, относятся все высшие животные и даже человек.

Лет двести назад зоологи обнаружили в теплых морях невзрачное беловато-прозрачное существо, не то какого-то странного червяка, не то моллюска. За сходство с обоюдоострым хирургическим ножом – ланцетом его назвали ланцетником. Лишь сто лет спустя русский ученый академик А.О. Ковалевский, подробно изучив странное существо, установил, что по одним признакам он действительно похож на кольчатых червей и моллюсков, а по другим – находится в родстве с рыбами. Стало ясно, ланцетник – представитель примитивных существ, являющихся предками всех позвоночных животных.

Значит, и знакомство с умственными способностями позвоночных животных следовало начать с ланцетника. Но вот незадача: никто не знал, где их можно наловить. Хотя это животное пользуется всеобщей известностью, и даже в школьном учебнике зоологии целых три страницы отведены ланцетнику, но в последние десятилетия никто из советских зоологов не занимался его изучением и даже не видел живых ланцетников. Было известно лишь, что ланцетники обитают в Черном море и лет семьдесят–восемьдесят назад они, случалось, попадались у крымских берегов, где-то в районе мыса Феолент, на траверзе Георгиевского монастыря.

Сейчас в этом районе проходит оживленная морская дорога. С раннего утра и до позднего вечера проносятся стремительные суда на подводных крыльях, «Ракеты» и «Метеоры», перевозя тысячи туристов. Немного поодаль нескончаемой вереницей тащатся медлительные сухогрузы, танкеры и водовозы, вертлявые рыболовные траулеры, величественно плывут громады белоснежных красавцев теплоходов. Чтобы плавать по этой морской улице, нужно обладать высокой квалификацией. Здесь нельзя не только останавливаться, но и замедлять движение, тем более не полагается заниматься рыболовством, ставить сети или опускать трал. Нельзя же из-за поимки двух десятков ланцетников приостановить все это оживленное движение, да и кто поручится, что они обитают здесь и теперь.

Все же знающего человека удалось разыскать. В самом центре Севастополя, на берегу бухты, утопая в зелени сада, стоит красивое здание Института биологии южных морей. Этот прославленный институт основали два выдающихся отечественных ученых – Н. Миклухо-Маклай и А.О. Ковалевский. В институте бесчисленные авариумы. Одни предназначены для научной работы, другие являются морским зоопарком. Возле них с утра до вечера толпятся любознательные экскурсанты. Огромную живую коллекцию приходится постоянно обновлять, кормить, украшать морскими растениями. Для этой цели институт выделил фелюгу – самое маленькое из своих экспедиционных судов. Ее капитан, выполняя нелегкие обязанности по снабжению морского аквариума, знал о жизни обитателей Черного моря, кажется, все. Правда, и ему ловить ланцетников еще не приходилось.

От Севастополя до мыса Феолент рукой подать. Городской автобус доставляет сюда пассажиров меньше чем за час, но для маленькой фелюги это целое морское путешествие. Однообразно стучит мотор, ленивая полуденная волна покачивает судно, а слева по борту тянется высокий обрыв. На исходе третий час пути, и, наконец, из-за очередного берегового изгиба показались гористые уступы Феолента, громада старинных зданий монастыря и сбегающий к самому пляжу роскошный парк. А вот и две огромных скалы, поднимающихся из воды у входа в небольшую бухту. Капитан сходит с фарватера и замедляет ход. За борт уходит мелко ячеистый трал, а на мачте взвивается сигнал: «Лишен хода, веду ремонтные работы».

Донный трал похож на большой и тяжелый совок, который тянут на канате за медленно идущим судном. Благодаря своей тяжести, трал слегка углубляется в песок, срезая и захватывая верхний слой донного грунта со всеми его многочисленными обитателями. Под судном сорокаметровая глубина. Малосильная лебедка медленно поднимает тяжелый трал. Ученые напряженно всматриваются в прозрачную глубину. Вот внизу показалась неясная тень, еще минута-другая, и трал поднят на палубу. Он полон голубовато-серого крупнозернистого песка. Ни одного живого существа не видно на его бугристой поверхности. Один из ученых с сомнением разминает на своих ладонях горсть донного грунта, вторую, третью… Вдруг в трале что-то стремительно мелькнуло и тут же исчезло в песке. Затем еще и еще. Животные так прозрачны, что, пока сидят неподвижно, их не видно, а когда они стремительно проносятся в воде, разглядеть их тем более невозможно.

Что это может быть? Ни на кого из известных животных как будто бы не похожи. Может быть, ланцетники? Во всех руководствах сказано, что ланцетники плавают, волнообразно извивая свое тело. Неизвестное существо явно изгибает тело, но эти стремительные броски как-то не хочется назвать плаваньем. Однако разбираться некогда. Содержимое трала поспешно ссыпается в бочку, и трал снова летит за борт.

Наконец все лохани, тазы и бочки наполнены морским песком, и судно ложится на обратный курс.

Время тянется мучительно долго, а однообразным берегам не видно конца. Полуденное солнце палит невыносимо. Лохани с добычей закрыты от солнечных лучей брезентом, но защита ненадежна. Ученые в волнении, выдержат ли жители прохладных глубин летнюю севастопольскую жару. Не задохнутся ли, придавленные тяжестью песка? Судовая помпа работает не переставая, подливая в песок забортную воду. Но на ходу нет возможности забирать ее из глубины, а на поверхности она теплая и грязная. Все-таки около двух сотен животных добрались до берега вполне благополучно. Здесь рассмотреть их было легче. Они действительно оказались ланцетниками, и работа закипела.

Черноморские ланцетники весьма миниатюрные создания. Их обычная величина всего два-три сантиметра, лишь изредка попадаются великаны ростом до четырех сантиметров. В более теплых морях они значительно крупнее. У берегов Неаполя, где их главным образом и изучал А.О. Ковалевский, живут гиганты длиною по шесть-семь сантиметров. Тело животных сильно уплощено с боков и заострено на переднем и заднем концах. Кожная складка, образующая хвостовой плавник, придает телу характерную форму ланцета. Спереди находится никогда не закрывающийся рот, задраенный густой решеткой переплетенных щупалец. Они не дают песку набиваться в пищевод, но не мешают попадать туда одноклеточным водорослям и микроскопическим животным, которые засасываются туда с током воды.

Основой тела ланцетника служит плотный упругий стержень – хорда. Это первый вариант внутреннего скелета. У беспозвоночных животных скелет наружный – твердые хитиновые покровы тела. А хорда ланцетника – это уже модель будущего позвоночника, который в более совершенном виде возник у рыб. Над хордой расположена нервная трубка – центральная часть нервной системы животного, – а от нее в обе стороны отходят многочисленные нервы. Ни настоящей головы, ни тем более головного мозга у ланцетника нет. Из всех современных хордовых это единственное безголовое животное. В море он живет примитивной жизнью. Разогнавшись, с разбега зарывается в песок и остается в своем убежище неделями. Что заставляет его время от времени менять квартиру, выяснить пока не удалось. Никаких строительных работ, ни манипуляций с окружающими предметами, как это умеют делать дождевые черви, ланцетники не производят, но в умственных способностях червякам не уступают.

В лаборатории ланцетников пытались научить избегать опасных ситуаций. Над сосудом с животным вспыхивал яркий свет, а затем оно получало удар электрического тока. Подстегнутые электроболевым раздражителем, ланцетники пулей вылетали из своего укрытия и, сделав два-три стремительных круга, вновь ныряли в песок. Уже через тридцать–тридцать пять сочетаний свет начинал вызывать у животных двигательную реакцию. Они шевелили своим хвостом, сгибали и выпрямляли тело, медленно отплывали из освещенного круга или стремительно уносились прочь, как от удара электрическим током. Реакция на свет сохранялась около суток или немного дольше и была такой же неустойчивой, как и навыки дождевых червей. Однако, если сравнить их поведение с реакциями гидр, заметна разительная разница. Как вы помните, гидры, задерганные ударами электрического тока, начинали бояться любых воздействий, даже совсем безобидных. Напротив, ланцетники научились избегать только света. Другие раздражители их не пугали. Видимо, они «запомнили», что именно свет предвещает серьезные неприятности, и старались покинуть освещенные участки аквариума. Таким образом, по длительности сохранения образованных навыков ланцетники значительно обогнали и гидр и дождевых червей. Небольшой шаг вперед, но чего можно ждать от существа, не имеющего даже головного мозга.

Трехглазый подводник

Миноги – жители пресных и соленых вод. Они широко распространены по земному шару, но тропиков решительно избегают. Всего известно около двадцати пяти видов миног. В Балтийском море наиболее заметна европейская речная минога. Как и все ее родственники, она имеет длинное червеобразное тело с голой, покрытой слизью кожей. Спина и бока темно-серые, иногда почти черные, а брюхо светло-желтое или матово-белое. Небольшая голова никак не отделена от туловища. На ней три глаза; два, как и полагается, располагаются по бокам головы, а третий наверху. Его называют теменным. В нем нет хрусталика, поэтому различать четко контуры предметов он не может, но свет улавливает хорошо и верой и правдой служит своей хозяйке.

У миноги удивительный рот. Он имеет вид воронки и по краю окаймлен кожистой бахромой. Костных челюстей нет, но мягкие края рта и языка покрыты множеством зубов. Взрослые миноги – хищники, они питаются живой рыбой. Присосавшись к телу жертвы своим воронкообразным ртом, миноги как теркой протирают зубастым языком рыбью чешую и кожу. Затем выпускают в ранку какую-то жидкость, которая не дает свертываться крови, и переваривают живые ткани тела жертвы. Их и поглощают.

За особое устройство рта миноги отнесены к надклассу бесчелюстных животных, некогда широко распространенных на Земле. Из их многочисленной братии до наших дней дожили только миноги и миксины, которых ученые объединяют в особый класс круглоротых животных. Так что к рыбам, как думают хозяйки, охотно покупающие осенью деликатесный продукт, они прямого отношения не имеют.

У большинства миног детство длится гораздо дольше, чем последующая взрослая жизнь. Икру родители откладывают в ручьях, речках и в крайнем случае – в озерах. Крошечные личинки – их называют пескоройками – зарываются в донный ил, которым и питаются. После четырех-пяти лет такой спокойной жизни у личинки начинаются серьезные перестройки организма, и пескоройка превращается во взрослое животное. В этот период ее рот приобретает вид воронки и оснащается многочисленными зубами.

Все время, пока длится превращение, личинки обходятся совершенно без пищи. Закончив развитие и став, наконец, взрослыми, миноги спешат к морю и ищут подходящую жертву. Теперь они – хищники и на мясной пище быстро растут и жиреют. Уже через год миноги достигают предельной величины и накапливают столько жира, что теряют интерес к еде. Оставшиеся полгода-год жизни они добровольно постятся. Сейчас их заботит только одно – необходимость обзавестись потомством.

На нерест миноги возвращаются в родные ручьи и речки. Более шустрые животные, первыми накопившие необходимое количество жирку, подходят к устьям рек уже в начале лета, но только осенью начинается их массовый ход. Икру животные откладывают в глубоких участках реки с каменистым дном и быстрым течением. Здесь самцы строят гнезда, выкапывая продолговатые ямки овальной формы. Сначала со строительной площадки удаляется галька. Мелкие камушки животные уносят, присосавшись к ним присоской. Более крупные и тяжелые оттаскивают волоком, опираясь о дно хвостом, или отбрасывают резким движением туловища. Затем, присосавшись к какому-нибудь надежному камню, самец сильными движениями извивающегося тела углубляет ямку, выбрасывая оттуда песок, гравий.

Все время, пока идет строительство, самка находится тут же, описывая над гнездом плавные круги, но в строительных работах участия не принимает, лишь время от времени нежно касается своего супруга, поощряя его продолжать строительство. Только когда работа подойдет к концу, она присоединяется к самцу, чтобы навести окончательный лоск. Хозяин гнезда с удовольствием принимает знаки внимания своей избранницы и настороженно следит за тем, чтобы поблизости не оказался другой самец. Тогда он бросается на пришельца, присасывается к его телу и выталкивает с занятой территории. Икра откладывается, только когда сооружение гнезда будет полностью закончено. Родители не остаются его охранять. От длительного поста и активной деятельности они обессилели, им хочется спрятаться в спокойное тихое местечко, и, забившись под камни, взрослые миноги вскоре погибают.

Круглоротые животные – первые в ряду хордовых, которые обзавелись головным мозгом, причем мозгом удивительно сложно устроенным. В нем есть все те отделы, из которых состоит и мозг человека. Правда, они еще плохо развиты, да и весь мозг меньше спичечной головки, но все же это мозг, который должен сделать их достаточно умными. Сложное поведение во время нереста вроде бы подтверждает это предположение. Однако экзамен в лаборатории разочаровал ученых. Способностью обучаться миноги почти не отличались от земляных червей и ланцентников. Настоящие условные рефлексы у них не вырабатываются. Миноги способны приобретать полезные навыки, но образуются они с большим трудом, а сохраняются очень недолго.

Почему, обзаводясь головным мозгом, миноги остались малоразвитыми животными? Пока объяснить этот парадокс не удалось. Не исключено, что время для экзамена миногам было выбрано не слишком удачно. Ловят их в реках, когда миноги заходят туда на нерест. В лабораторный зоопарк они попадают осенью и живут там до весны. В это время даже на воле у миног голова не болит ни о чем, кроме нереста. Как уже говорилось, осенью они забывают даже о еде.