Александр Драбкин - ЭВМ и живой организм

Таким образом, на основе исторической повторяемости последовательных изменений в нервной системе, предшествующих кормлению и связанных с движением воздуха, произошло закрепление наследственностью этих взаимосвязей. Так у новорожденного грача появилось опережающее отражение внешних событий. Здесь произошло принципиально то же, что уже было видно на примере первичных простейших организмов.

В самом деле, движение воздуха не есть пищевой продукт, не есть безусловный раздражитель, в том смысле как его обычно понимают в трактовке павловской школы. Оно служит сигналом кормления. А сигнал этот включает «пищевые центры» нервной системы.

Почему же раздражение кожи птенца движением воздуха связано и готовит его организм именно к приему пищи? Тут дело в том, что движение воздуха – это лишь одно звено в длинной цепи внешних явлений, которая заканчивается кормлением. Цепь эта выглядит так: мать уходит из гнезда; птенцы, раньше защищенные от движения воздуха телом матери, теперь этой защиты не имеют; раздается повторный звук «кар-р-р»; мать обмахивает крыльями птенцов, лежащих в гнезде; гнездо резко сотрясается – отец-грач, прилетевший с пищей, сел на его край; птенцы раскрывают клювы; пища вкладывается в клюв; возбуждаются органы пищеварительного тракта; переваривается пища.

Здесь не отмечены еще многие факты, реально предшествующие перечисленным явлениям. Дело в том, что отец-грач прилетает с кормом и садится на дерево так, чтобы он оказался в пределах зрительного поля матери, сидящей на птенцах. Мать, завидя отца, дает начало всему ряду явлений, о котором уже говорилось.

Раздражение кожи птенца движущимся воздухом является одним из промежуточных этапов данного ряда событий. Движение воздуха воздействует на нервную систему птенца наряду с другими факторами (звук «кар-р-р», сотрясение гнезда). Само раздражение кожи не является, как уже говорилось, пищевым раздражителем. Но возбуждение от него благодаря многовековому опыту предшествующих кормлений с огромной скоростью по готовым (врожденным) нервным связям доходит до пищевого центра – птенец поднимает голову и раскрывает клюв. Здесь природа дала исключительно наглядный пример опережающего отражения последовательных событий внешнего мира и его приспособительного значения в эволюции.

Как видим, даже единичные раздражители из привычной цепи событий «включают» всю цепь реакций организма, не дожидаясь, пока на птенца окажут влияние остальные звенья этой цепи. Такое опережающее действительность распространение возбуждения зафиксировано наследственностью в нервных структурах. Оно приобрело решающее приспособительное значение для птенцов. Если же у птенца к моменту появления на свет не созрела нервная связь между раздражением кожи от колебания воздуха и «пищевым центром» нервной системы, такой птенец должен быть немедленно отброшен естественным отбором. Он погибнет.

Интересно, что тщательные исследования нервных клеток привели к тому же самому выводу. Эти исследования показали: к моменту вылупления птенца из яйца созрели лишь те нервные клетки, которые способны воспринимать звук «кар-р-р».

Можно привести поразительные примеры опережающих отражений внешних событий другими организмами. Например, птица мухоловка-пеструшка выводит своих птенцов в дупле, куда лучи света поступают лишь через маленькое отверстие. Именно через это отверстие должны пролезать мать или отец, прежде чем кормить птенцов. Естественно, что когда мать или отец просовывают голову в дупло, исходная небольшая освещенность дупла исчезает и на какой-то момент воцаряется полная темнота. Родители не имеют никакой физической возможности сохранить свет. Временная темнота как раз и служит сильным стимулом для птенцов дуплянки: они немедленно все вытягивают шеи, раскрывают клювы и таким образом оказываются готовыми к приему будущей пищи.

В том, что именно временное и неизбежное исчезновение луча света стало здесь важнейшим фактором подготовки к кормлению, подтверждает и еще одна деталь. Птенцы кормятся регулярно потому, что они сами перемещаются по кругу против солнца. При этом, разумеется, в зоне луча оказывается поочередно каждый алчущий. Мать в темноте не может разобраться, кого кормит. Такое поведение птенцов хорошо компенсирует эту особенность семейной жизни: поел – и в сторону. Однако если птенцов заставить несколько поголодать, то есть повысить их пищевую возбудимость, между ними начнется борьба за то место, на которое падает луч света через отверстие дупла. Птенцы предвидят, что свет несет им пищу.

Чтобы представить себе, сколь сложные экспериментальные методы приходится применять, изучая механизмы предвидения и приспособления, целесообразно обратиться к работе американского ученого Кенеса Д. Роеда, который поставил ряд интереснейших опытов с ночными мотыльками.

Для того чтобы защищаться от нападения, всякий представитель животного мира должен уметь быстро распознавать сигналы, поступающие из внешней среды, и быстро реагировать на них. Какие нервные механизмы позволяют живым существам осуществлять этот процесс?

Те из них, которые имеют центральную нервную систему, получают сигналы через специальные органы, связанные с мозгом многими тысячами нервных волокон. Исполнительные сигналы в виде последовательных импульсов передаются нервными волокнами двигательным мышцам, мускулам. В этих сложнейших процессах соприкасаются явления, которые изучаются многими отраслями зоологии, физиологии и психологии.

Даже высшие, последние достижения технической мысли позволяют создать аппаратуру, при помощи которой можно изучить импульсы всего лишь пяти или десяти (из многих тысяч) типов нервных волокон, связанных с мозгом млекопитающих. Попытки сделать на этой базе какие-то обобщения о характере получения и переработки информации всей нервной системой животного подобны изучению общественного мнения жителей большой страны на основе двух-трех интервью. (Кстати, если продолжить сравнение, то процесс выработки сигнала к действию на основе полученной информации можно уподобить формированию общественного мнения, которое складывается из различных взглядов, но в котором побеждает мнение большинства).

Дальнейший прогресс техники эксперимента может дать нам возможность исследовать сигналы в тысячах разных нервных волокон. В то же время не менее важно изучение живых организмов, обладающих простейшей системой нервного возбуждения.

Кенес Д. Роед и его коллеги долгое время изучали связь уха и центральной нервной системы ночного мотылька, который имеет всего лишь по два чувствительных нервных окончания в каждом ухе.

Многое в поведении этих насекомых не изучено. Исследования носили поисковый характер и сулили многое: ведь предстояло познать «механизм выживания» мотылька, который только благодаря своим ушам, своевременному распознаванию сигнала опасности и предвидению следующих за сигналом действий может уцелеть в борьбе за существование со своим главным врагом – насекомоядной летучей мышью.

Нужно сказать, что летучие мыши способны обнаружить свою жертву во время полета в полной темноте. Эти ночные хищники испускают серию ультразвуковых сигналов и по характеру их отражения от предметов («ультразвуковая локация») определяют местоположение, направление полета и расстояние до возможного объекта нападения.

Механизм «ультразвуковой локации» мыши настолько совершенен, что она может обнаружить насекомое много меньше москита.

Некоторые ночные мотыльки имеют уши, способные различать ультразвуковые сигналы мыши. Эти насекомые, услышав приближение врага, резко меняют направление своего полета, начинают петлять или взмывают вверх с огромной скоростью, удаляясь от источника ультразвука. Любопытно отметить, что такое насекомое меняет направление своего полета раньше, чем ультразвуковой сигнал, отразившийся от его тельца, возвращается обратно к мыши.

Слуховые органы мотылька размещены на задней части его грудной клетки и имеют выходные отверстия в районе сужения между брюшком и грудной клеткой. Каждое ухо выглядит, как маленькая раковина, внутри которой ясно видна барабанная перепонка, закрывающая воздушную полость. Внешние сигналы, воспринимаемые барабанной перепонкой через воздушную полость, передаются в центральную нервную систему мотылька к нервным волокнам, поддерживающим скелет, по тончайшему каналу. Внутри этого канала размещаются два акустических нервных волокна, известные, как А-волокна. Они-то и передают «волну ощущений» от барабанной перепонки к скелетным нервным волокнам. (Используя техническую терминологию, можно сказать, что два А-волокна собирают всю информацию о звуках и передают ее в центральную нервную систему.) Рядом с двумя А-волокнами в том же канале расположено неакустическое В-волокно. Все эти волокна продолжаются как «барабанный нерв» внутри центральной нервной системы.