Феномен мозга. Тайны 100 миллиардов нейронов - Андрей Буровский

Огорчался Дарвин напрасно: с тех пор найдено немало доказательство того, что и до кембрия существовали многоклеточные организмы. Сегодня спорят в основном о том, что это за организмы: прямые предки кембрийских или это организмы, принципиально отличные от любых ныне существующих животных. Если предков у «кембрийцев» не было, это более загадочно. Кстати, популярная книга С. Гулда так и называется: «Удивительная жизнь» [4] .

В любом случае богатство кембрийских отложений поражает. В них сохранились не только остатки организмов с твердыми, кремнистыми телами, как губки, но и полные карбоната кальция оболочки двустворчатых, брюхоногих моллюсков и аммонитов, внешние скелеты ракообразных, полные фосфата кальция кости позвоночных… Наряду с окаменелостями, кембрийские отложения содержат необычно высокое число месторождений, сохранивших отпечатки мягких частей тел различных организмов. В наше время ученые насчитывают более 30 типов различных животных. Представители двух третей из них никогда не обнаруживались в ископаемых останках. Наверняка и фауну кембрия мы знаем далеко не во всей полноте.

Такие отпечатки позволяют детально изучить животных, которые не сохраняются в виде окаменелостей, а также внутреннее устройство и функционирование организмов, которые обычно представлены только раковинами, шипами, когтями и т. д. А тут еще окаменелые следы, оставленные живыми организмами: дорожки и норки на морском дне.

Долго, очень долго длилась протерозойская эра – «эра древнейшей жизни». И вдруг – «взрыв». Причем ведь дело не в том, что кончилась одна геологическая эра и началась другая, более благоприятная для жизни. Сами границы эр определяют по появлению новых форм жизни. Произошел «взрыв», он-то и является границей эр геологической истории. Начинается палеозой, «эра древней жизни».

Почему же начался палеозой? В чем причина «кембрийского взрыва»? Причины называли разные. И конец ледниковой эпохи. И изменение атмосферы. И изменение химического состава вод океанов. Но никаких признаков всех этих геологических перемен на рубеже палеозоя нет. О них делают далеко идущие выводы на основании изменений животных. Но долгое время считалось, что живые организмы абсолютно зависят от среды обитания. Среда может формировать животных, а они – никак нет. Среда может провоцировать рост многообразия, но никак не сами животные.

Сравнительно недавно, лет 30 назад, послышались первые робкие голоса, называвшие причиной роста разнообразия фауны самих животных.

Во-первых, животные занимают разные экологические ниши. Начинается борьба за них – то есть за пищу, удобные места для обитания, энергию. Эти животные по-разному устроены, они – разные побеги дерева эволюции, и все они сражаются между собой за место под солнцем. При этом более сложно устроенные получают преимущество и не пускают в те же экологические ниши более примитивные организмы.

А кто имеет преимущество в этой борьбе? Тот, у кого лучше устроен мозг и более совершенные органы чувств. Тот, кто лучше умеет собирать и перерабатывать информацию.

Причем у кого совершеннее мозг – у того и тело имеет преимущества, чей мозг и чье тело лучше подходят для добывания пропитания, тот и не сидит голодным!

«Более умные» могут кормиться там, где трудно прокормиться более «глупым»: и хищники, и растительноядные находят пищу там, где более примитивные животные не находят. Чем умнее вид, тем более бедные кормовые угодья ему нужны. А в богатых угодьях «умные» животные распространяются в таком количестве, что более «глупым» пищи начинает не хватать, и они вымирают или откочевывают. В конечном счете и откочевывать становится некуда.

Во-вторых, началась своего рода «гонка вооружений» между хищниками и жертвами. У жертв – защита, у хищников – вооружение. Хищничество по определению становится сильнейшим фактором и ускорителем естественного отбора. Хищнику необходимо регулярно ловить жертв, он просто вынужден «умнеть».

Жертвы еще сильнее обречены изменяться: ведь если хищник не поймает жертву, это грозит ему только необходимостью повторять попытку. Для добычи тут вопрос жизни и смерти. Американские биологи давно говорят об «асимметрии последствий» по принципу «жизнь против обеда» [5] . Хочешь не хочешь, а эволюционировать придется [6] .

В-третьих, и это главное, разные группы животных развивались с разной скоростью [7] . Медузы и черви мало изменились за сотни миллионов лет. А вот позвоночные изменялись кардинально, порождая совершенно новые формы жизни.

Шла борьба за само существование и за место в иерархии жизни. За право господствовать в древних морях. Возникали самые невероятные животные. Рассказ об одном из них, опабании, всегда вызывал смех в аудитории и специалистов, и студентов: слишком нелепым было животное. Это мягкотелое существо с узким, сегментированным телом, парой ластоподобных конечностей на каждом сегменте, с ножками под плавниками, кроме трех сегментов, формировавших хвост. У опабании было пять глаз на стебельках, как у рака или краба, рот под головой, длинный гибкий хобот, растущий из-под головы и заканчивающийся шипастым «когтем».

Опабанию относят к особому типу лопастеногих – это родственники или даже предки членистоногих [8] .

А наряду с такими химерами одновременно жили многие современно выглядящие животные [9] . Кембрий оказался своего рода «лабораторией», в которой «производились» самые различные организмы. Все они конкурировали друг с другом, развивались с разной скоростью, занимали экологические ниши и вытесняли из них друг друга.

В этой борьбе все время побеждали позвоночные. Причина проста: самый могучий мозг, самые совершенные органы чувств, самое сложное и разнообразное поведение. Важным фактором стало то, что у позвоночных появился скелет и череп. Следствием этого стало и появление головы…

Цефализация

Само слово «цефализация» происходит от греческого kephale, то есть кефале – голова. Чаще всего этим термином называют процесс обособления головы, включение в ее состав органов, которые до того располагались у предков в других частях тела. Цефализация важна потому, что передний конец тела, несущий ротовое отверстие и органы захватывания пищи (челюсти и рот), первым вступает в контакт с новыми объектами среды. Поэтому в нем концентрируются органы чувств, а также передние отделы центральной нервной системы, регулирующие функционирование этих органов и составляющие головной мозг.

Элементы головы появлялись у насекомых и ракообразных, но только у позвоночных возникла настоящая голова. У беспозвоночных тоже есть защищающие мозг твердые наружные покровы. Но они далеко не так совершенны, как у позвоночных.

Итак, цефализация – один из принципов развития нервной системы. Цефализация – это особо высокая дифференциация нервной системы на головном конце, сосредоточение на нем важнейших органов чувств. Такое сосредоточение головы дает организму возможность особенно хорошо ориентироваться в окружающей среде и сообразно с этой ориентацией осуществлять двигательные реакции [10] .

У рыб уже есть голова, но она не отделена от остального тела, шеи у них нет. И у земноводных тоже нет.

У пресмыкающихся появляется подвижная голова, которая может поворачиваться независимо от остального тела. Ящерица, черепаха, динозавр, крокодил могут, грубо говоря, «вертеть головой». А рыба и лягушка – не могут.

Тем более вертят головой птицы и звери. Некоторые из них имеют длинные гибкие шеи, которые позволяют им поднимать голову высоко над землей, как фламинго, аистам и жирафам, поворачивать голову на 130 градусов, как обезьянам, и на 180 градусов, как филинам, засовывать ее в узкие проходы, куда не проходит все тело, – что могут почти все птицы и животные, в том числе и человек.

Подвижная голова на гибкой шее дает колоссальные преимущества как раз для получения информации из внешнего мира.

Цефализация – главный вектор эволюции

Иногда под цефализацией понимают еще одно: увеличение отношения массы головного мозга к массе тела животного и степень усложнения мозга. Степень цефализации возрастает всю историю живых организмов. Из всех типов животных выше всего она у позвоночных. Из позвоночных выше всего у птиц и млекопитающих. Из млекопитающих – у китообразных и обезьян, а особенно высока у человека.

Сама идея развития, у которого есть главный вектор, неприятна сознанию ученого. Почти одновременно были высказаны идеи Чарльза Дарвина и американца Джеймса Даны. Между этими натуралистами много общего. Дана, как и Чарльз Дарвин, тоже совершил в молодости кругосветное путешествие: он участвовал в экспедиции Уилкса, описавшей около 260 островов в Полинезии и открывшей Землю Уилкса в Антарктиде. После этого плавания Дана опубликовал описание путешествия в трех томах – как и Дарвин.

Совпадают и научные интересы, причем до деталей! Дана, как и Дарвин, изучал кораллы и коралловые острова. Как и у Дарвина, его особенной любовью были ракообразные существа, о которых он (как и Дарвин) написал несколько работ.