Ганглионарная нервная система и появление простейших программ поведения

Переход к наземному существованию связан со значительным усложнением условий жизни. Прямая диффузия питательных веществ из окружающей среды становится невозможной, наличие готовой плотной (дискретной) пищи – несравненно меньшим. Эта пища находится теперь в резко неоднородной среде, и ориентировка, необходимая для получения пищи, значительно усложняется.

Все это создает необходимость дальнейшего усложнения организма животных, и прежде всего дальнейшую эволюцию сложных органов рецепции и движений и формирования сложных и централизованных аппаратов переработки информации и регулирования движений. Именно этому и соответствует следующий этап в эволюции нервной системы, приводящий к возникновению цепочечной, или ганглионарной, нервной системы, которая впервые появляется у червей и приобретает максимальную сложность у высших беспозвоночных, и прежде всего у насекомых.

Как появление ганглионарной нервной системы, так и формирование поведения, которое осуществляется с ее помощью, знаменуют важнейший скачок в эволюции жизнедеятельности.

Уже у наиболее простых беспозвоночных (червей) можно проследить совсем новый принцип организации нервной системы по сравнению с предыдущей стадией. На переднем головном конце червя сосредоточиваются волокна, которые кончаются химическими и тактильными рецепторами, расположенными особенно густо. Эти аппараты воспринимают химические, термические, световые изменения, происходящие во внешней среде, а также изменения влажности. Сигналы этих изменений проводятся по волокнам и доходят до переднего узла или ганглия, где они сосредоточиваются в нервном «центре», впервые появляющемся на этой ступени эволюции. Здесь эти сигналы перерабатываются (кодируются), и возникающие «программы» поведения в виде двигательных импульсов распространяются по цепочке нервных ганглиев, каждый из которых соответствует отдельному сегменту тела червя. Доходящие до этих ганглиев импульсы вызывают соответствующие движения, направление которых программируется и регулируется передним ганглием.

Здесь возникает новый принцип – централизованность нервной системы, резко отличающейся от принципа построения диффузной (сетевидной) нервной системы. Головной конец червя, где сосредоточена особенно густая сеть хемо-, механо-, термо-, фото- и гигрорецепторов, приобретает ведущую роль, в то время как сегментарные ганглии сохраняют лишь относительную автономию. Это легко проследить, если разрезать тело червя на две половинки. В этом случае передняя половина будет закапываться в землю, сохранив свои организованные движения, в то время как задняя половина будет лишь беспорядочно извиваться, не проявляя никаких признаков организованного движения.

Усложнение строения нервной системы на стадии червей позволяет проследить у них более совершенные (хотя еще очень примитивные) виды формирования новых, индивидуально приобретенных видов поведения. Это было показано в свое время известным американским психологом Р. Йерксом. Он помещал дождевых червей в Т-образную трубку, простейший лабиринт. В левом конце этой трубки червь получал электрический удар, вызывавший оборонительную реакцию. При многократном повторении этого эксперимента у дождевого червя можно было выработать «навык» избегать электрического удара и двигаться направо. Насколько медленно шел этот процесс, видно из следующего: понадобилось свыше 150 проб, чтобы поведение червя приобретало организованный характер и в подавляющем числе проб он начинал двигаться направо, избегая электрического шока (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Формирование новых видов поведения у дождевых червей

Процесс «научения» дождевого червя в Т-образном лабиринте	Процесс «переучивания» дождевого червя в Т-образном лабиринте
Пробы		Число ошибок	Пробы Вторичное обучение		Число ошибок
1-40	–		1-40	–
41-80	–		41-80	–
81-120	–		81-120	–
121-160	–
161-200	–		Переучивание
201-240	–		161-165	–
			166-175	–
			176-185	–
			186-195	–
			196-205	–
			206-215	–
			216-225	–

Если повторить этот же опыт после длительной паузы, «обучение» начинает протекать вдвое быстрее, и число ошибок достигает минимального количества уже после 80 опытов. Характерно также, что эксперименты с «переучиванием» червя (в этих опытах червь начинал получать электрический шок уже не слева, а справа) протекали значительно медленнее, и некоторый эффект «переучивания» начинал обнаруживаться лишь после 200 проб.

Отсюда видно, что ганглионарная нервная система червя позволяет не только вырабатывать новые формы поведения, но и сохранять выработанные «навыки», иначе говоря, что дождевой червь обладает примитивной формой «памяти».

В последнее время были проведены эксперименты, которые позволяют убедиться в возможности передачи такого «навыка» и сделать некоторые шаги к выяснению биохимических механизмов, лежащих в основе элементарной памяти. В этих экспериментах американский исследователь Мак Коннэл «обучал» группу червей нужному поведению в простейшем лабиринте. После этого он измельчал тела этих червей, делал из них вытяжку и скармливал ее другим, никогда не обучавшимся червям. Как показал эксперимент, черви, усвоившие эту вытяжку, вместе с этим «усвоили» и навыки, приобретенные первой группой червей. Когда их впервые помещали в лабиринт, они сразу же делали значительно меньше ошибок, чем обычные необученные черви. Этот факт заставил Мак Коннэла предположить, что выработка «навыка» на этих этапах эволюции связана с глубокими биохимическими изменениями протоплазмы и выработанный «навык» может «передаваться» гуморальным путем.

Наука не располагает окончательной оценкой и интерпретацией данных, полученных в этом эксперименте, можно лишь полагать, что изменения, вызванные подобным «обучением», связаны с модификацией рибонуклеиновой кислоты (РНК). Это было показано экспериментами, в которых тела «обученных» червей предварительно опускались в раствор рибонуклеазы (фермент, растворяющий РНК). После этого вытяжка из задних половин тела «обученных» червей не вызывала нужного эффекта, в то время как вытяжка из передних половин «обученных» червей (включавшая вещество переднего ганглия) продолжала вызывать подобный же эффект. Эти эксперименты говорят как о значении для сохранения «навыка» рибонуклеиновой кислоты, так и о том значении, которое для хранения «памяти» червя имеет передний ганглий, клетки которого защищены от растворяющего действия рибонуклеазы.

В науке до сих пор продолжаются споры о том, говорят ли эти эксперименты о «передаче» информации гуморальным путем или лишь об общем «повышении возбудимости», возникающем при усвоении вещества тел обученных червей. Несмотря на то что окончательного ответа на этот вопрос нет, результаты экспериментов показывают – на этом этапе эволюции возможна выработка прочного «навыка», и в сохранении этого «навыка», по-видимому, принимают участие все клетки тела животного.