Строение нервной системы у простейших

Особенности систем моллюсков

Быстрое и хорошо управляемое перемещение двустворчатых можно рассмотреть на примере морских моллюсков гребешков. Движение гребешков происходит за счет выбрасывания порций воды из раковины – способом обратного толчка, подобно ракете.

Это делается настолько энергично, что моллюск «пролетает» в воде расстояние, которое в 10–20 раз превышает его собственную длину. Такое передвижение называют «перепархиванием», когда рывок следует за рывком до тех пор, пока гребешок не утомится или не наткнется на какое-нибудь препятствие.

Этот моллюск обеспечен всем необходимым для активного образа жизни, например, чтобы спастись от своего злейшего врага – морской звезды:

  • он способен ощутить приближающегося хищника, так как по всей окружности раковины у него расположены маленькие синие глаза;
  • с помощью анализаторов гребешок точно определяет безопасную сторону, куда целенаправленно и устремляется. Это происходит в результате скоординированных действий органов и систем, отвечающих за передвижение;
  • для быстрого удаления от хищника моллюск использует данный ему принцип реактивного двигателя.

Любопытны при этом действия врага двустворчатых – морской звезды. Ее считают примитивным существом, за что и называют «республикой рефлексов». Известны случаи, когда морская звезда разрывалась надвое, поскольку одна группа ее ножек тянула в одну сторону, а другая – в противоположную. Однако все не так просто.

В действительности же поведение морской звезды выглядит хорошо управляемым. Например, звезда, которая кормится мидиями, обнаружив с помощью органов чувств раковину, прикрепляется к ней и двумя группами ножек оттягивает ее створки в разные стороны.

После длительных усилий, как только раковина откроется, желудок морской звезды, получив определенный сигнал к действию, охватывает добычу. Такое сложное скоординированное поведение едва ли было бы возможно, будь морская звезда действительно примитивной.

Великолепные пловцы и прыгуны. Эти моллюски способны очень быстро плавать благодаря резкому сжатию мышц и сильному выбросу воды из их эластичной трубки – воронки. Струя воды, действуя по принципу ракеты, сообщает телу мощный толчок в противоположном направлении.

Если рассмотреть десятируких кальмаров, то их гибкое обтекаемое тело даже внешне походит на подводную ракету. И охотясь ночью за рыбой, эти великолепные пловцы нередко развивают скорость до 55 километров в час.

Кальмары обладают способностью выпрыгивать из воды и пролетать над волнами. Развив в воде максимальную реактивную тягу, они стартуют в воздух и пролетают более 50 метров. Случается, кальмары в прыжке падают на палубы судов и приводят к их серьезным повреждениям.

Известен случай, когда маленький шестнадцатисантиметровый кальмар упал на мостик яхты, возвышавшийся над водой почти на 7 метров. Подсчитали, что при угле в 45°, под которым кальмар выскочил из воды, скорость его движения должна была составлять не менее 72 километров в час, что соответствует скорости поезда!

Осьминоги-строители. Сложность поведенческих проявлений осьминогов лишний раз доказывает, что чисто врожденных форм поведения, как и стереотипных действий, у животных практически не существует. При рождении они, несомненно, обладают базовым комплексом инстинктивной деятельности, позволяющей им жить, питаться, строить, защищаться от врагов, размножаться и т.д.

Поэтому у животных предусматривает пластичность поведения. И тогда на генетически полученный комплекс сразу же начинают накладываться знания, приобретенные в процессе индивидуальной жизни.

Примером может послужить гибкое использование осьминогами своих строительных возможностей. Сооружение ими гнезд из камней зоологи называют градостроительством. В некоторых местах, видимо, особо приглянувшихся осьминогам, водолазы находили на дне моря целые осьминожьи города – один каменный дом неподалеку от другого.

Для основы дома осьминог подбирает камни определенной формы и размера. А для вспомогательных целей старательно отыскивает куски кирпича, глиняные черепки, панцири крабов, раковины устриц и другие подходящие материалы. Типичная конструкция сооружения имеет покатую крышу в виде плоского камня полуметровой длины.

С одной стороны он возвышается над грунтом на два десятка сантиметров за счет того, что стоит на меньших камнях и обломках различных материалов.

Строительством осьминоги занимаются по ночам, отправляясь, словно по команде в определенное время на поиски камней. Эти труженики способны тащить камни непомерной величины – даже в 20 раз превышающие их собственную массу.

При этом движения осьминогов четко координируются. А сами они проявляют способность к оценке ситуации и в зависимости от нее используют ту или иную стратегию перенесения материалов на место строительства.

Наблюдения показали, что маленькие камни осьминог обхватывает одними конечностями и плотно прижимает к себе, а затем с помощью других конечностей он подтягивает тело вместе с ношей. С большими камнями моллюск обращается иначе.

Сначала осьминог осматривает камень, находит самую узкую часть, берется за нее и прижимает ко рту. Затем это беспозвоночное животное подсовывает под камень тело, будто взваливает груз на плечи, а потом, балансируя, осторожно передвигается с помощью двух ног иногда на большие расстояния – к месту своего будущего гнезда.

Целесообразные системы кишечнополостных

Благодаря разнообразным устройствам и живым приборам кишечнополостные способны адекватно отвечать на внешние сигналы и осуществлять целенаправленные движения.

Одни представители кишечнополостных являются малоподвижными прикрепленными животными, другие же могут менять форму тела и передвигаться, сокращая и расслабляя определенные мышечные клетки.

Так, гидры обычно большие домоседки и могут всю жизнь провести на одном месте, прикрепившись подошвой к камню или к подводному растению. Излюбленная поза этих кишечнополостных – висеть вниз щупальцами в достаточно светлом месте водоема, при этом не испытывая никакого дискомфорта.

В случае необходимости эти маленькие живые существа совершают и небольшие путешествия, перемещаясь в пространстве четырьмя разными способами, последовательно сжимая, вытягивая и расслабляя свое тело:

  • гидра может шагать с помощью подошвы и щупальцев. Для этого она ложится на дно, вытягивает тело в нужном ей направлении и цепляется щупальцами за грунт. Затем гидра подтягивает к этому месту тело, закрепляется подошвой и готовится к следующему шагу;
  • более быстрый способ передвижения гидры – катиться колесом. Начинает она так же, как и при предыдущем способе, но, закрепившись щупальцами, становится на «голову» и делает кувырок, причем, обязательно в сторону движения. Таким способом ей катиться быстро и удобно;
  • гидра умеет плавать, причем своеобразным способом. Вначале она поднимается вверх, создавая каким-то образом на подошве пузырек воздуха и пользуясь им как поплавком, потом как бы парит в воде, распластывая свои щупальца и медленно снижаясь;
  • гидра способна еще и ловко двигаться на гладкой поверхности стекла. Она скользит, как на коньках, медленно передвигаясь на своей подошве.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Болит спина между лопатками при беременности

Все эти способы передвижения не случайны, а закреплены у гидры генетически и воспроизводятся из поколения в поколение.

Особенно интересным способом передвижения отличается свободно живущая медуза. При каждом ритмичном сокращении ее колокола вода отбрасывается, а тело, как бы отталкиваясь, плывет в противоположную сторону. В этом случае создается управляемая реактивная пульсация.

Считается, что нервная система медузы, представляя собой всего лишь диффузную сеть нейронов, не должна быть способна на что-либо серьезное. Однако исследования показали, что это напоминающее прозрачное желе животное обладает всем необходимым для довольно сложного, хорошо управляемого поведения.

Так, в случае опасности она может целенаправленно изменять курс и скорость своего передвижения. Если медузу потревожить, она разворачивается и уплывает в глубину, проявляя тем самым настоящую реакцию бегства.

И это, как традиционно считают, одна из простейших форм жизни, состоящая на 98% из воды!

Аналоги нервной системы у одноклеточных

Организация нервной системы и мозга, например, позвоночных животных и их аналогов у одноклеточных настолько различна, что, на первый взгляд, представляется несопоставимой. И в тоже время для самых разнообразных видов нервной системы, принадлежащих, казалось бы, и совсем «простейшим» и очень «сложным» организмам, характерны одинаковые функции.

Дело в том, что органы всякого позвоночного животного, несмотря на некоторую степень самостоятельности, могут функционировать в целостном организме только в связи друг с другом. Поэтому такое существо наделено этой очень важной организующей и координирующей структурой – нервной системой.

С помощью органов чувств и анализирующих систем происходит постоянный сбор и анализ информации о внутреннем состоянии организма и окружающей его среде. А затем формируется целесообразная ответная реакция и поведение животного в целом. Благодаря нервной системе осуществляется его питание, защита, размножение.

А как же тогда живет, например, инфузория туфелька? Ведь нервная система у нее, вроде бы, отсутствует. Однако туфелька движется, питается, выбрасывает наружу не переваренные остатки пищи, размножается.

И все эти сложнейшие процессы происходят не хаотично, а в строгой последовательности. Любая реакция определяет последующую. А та, в свою очередь, дает продукт, который необходим для начала очередной реакции.

Рассмотрим некоторые возможности, способности и целесообразные действия микроорганизмов, а также отдельных клеток. Ведь они, как и многоклеточные животные, имеют удивительно сложные и для каждого вида по-своему уникальные системы жизнеобеспечения. Это своего рода аналоги нервной системы и даже так называемый «мозговой центр».

К микроорганизмам относится обширная группа живых существ, зачастую различимых только с помощью самой современной исследовательской техники. Это бактерии и так называемые «простейшие», микроскопические грибы и вирусы.

«Можно сказать, что бактериальная клетка – просто мешочек, набитый различными веществами» (Энциклопедия для детей, 1998); «Самое простое строение у амебы. Тело амебы представляет собой комочек полужидкой цитоплазмы с ядром посередине» (Детская энциклопедия, 1973).

Может быть, такое мнение составителей и авторов основывается только на видимой в микроскоп и схематично изображаемой «примитивности строения» этих живых творений? Или оно вызвано недостаточным знакомством с научными фактами о сложности их проявлений и о непостижимых для нашего ума возможностях и способностях?

Уже столетия назад ученым было известно об эфемерности видимого в биологии. Да и ведущие современные естествоиспытатели стараются не опираться в своих выводах только на видимое, зависящее от уровня экспериментального оборудования.

Они понимают, что в науке о жизни, как и в физике, непосредственная ненаблюдаемость того или иного феномена и невозможность изображения не означает отрицания его существования. На том же основании физиками не могли бы быть открыты элементарные частицы.

Вот, например, как выглядит на рисунке биохимическая картина обмена веществ в таком одноклеточном существе. Разумеется, невозможно на схеме показать все детали. Но даже упрощенная картина демонстрирует сложность организации жизненного процесса и большой объем информации для его осуществления.

И в биологии, если мы даже не видим у живых существ определенных органов, нам все же приходится признавать у них ту или иную деятельность. Дышат все животные, даже те, которые не имеют конкретных дыхательных органов.

Они передвигаются без мышц, действуют не только произвольно, но и с определенной целью, принимают пищу и усваивают ее, хотя у них отсутствует пищеварительная система. Многие из микроорганизмов обладают довольно сложным репродуктивным инстинктом.

Например, бактерия «призывает» свою брачную пару так же, как и многоклеточные животные, посылая в окружающую среду сигнальную информацию – строго специфичные для каждого вида вещества (феромоны). И все это силами одной-единственной клетки этих малых, но премудро созданных существ!

Еще больше тайн хранит в себе жизнедеятельность прионов, за открытие которых нейробиолог Стенли Прузинер удостоился Нобелевской премии (1997 год). Прионы являются активными, целенаправленно действующими инфекционными агентами, способными к расширенному воспроизводству.

Прионы состоят всего из одной молекулы белка (!), иными словами, они отличаются от всех прочих инфекционных патогенов (вирусов, бактерий и др.) тем, что у них отсутствует какой-либо геном – ДНК или РНК.

Но ведь согласно распространенному мнению при отсутствии «банка» генетических информационных данных и центра управления организмом любая деятельность живых существ просто невозможна. Однако, как показывают факты, чем проще кажется их устройство, тем более сложные загадки преподносят людям эти живые существа.

Несмотря на то что устройство микроорганизмов кажется примитивным, оно включает в себя строение и функционирование многих жизненно важных систем и органов:

  • своеобразные сенсорные системы, в том числе живые приборы, позволяют микроорганизму воспринимать изменения окружающего и внутреннего мира, чтобы адекватно реагировать на полученные раздражения;
  • органы движения обеспечивают различные, зачастую целенаправленные, перемещения одноклеточной особи в пространстве и все действия, связанные с ее жизненными потребностями;
  • системы координации и управления – сложные комплексы, которые осуществляют организацию и руководство деятельностью всех процессов, систем и элементов даже такого миниатюрного организма.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Как влияет межпозвоночная грыжа на мочеполовую систему

Кроме того, все микроорганизмы, как и любые живые существа, имеют свои поведенческие особенности. То есть у представителя каждого вида существуют отличные от других врожденные действия и их различные вариации как результат адекватного реагирования на воздействие среды.

Сюда входят, например, пищевое поведение, преимущественно связанное с добыванием пропитания; защитное поведение, реализующее оборонительные и защитные возможности организма; репродуктивное поведение и другие поведенческие проявления.

Поведение микроорганизмов в основном строится по наследственной программе – это инстинктивное поведение. И в то же время некоторые из микроорганизмов способны накапливать индивидуальный опыт, приобретать определенные навыки, что соответствует генетически обусловленному поведению на основе научения.

Например, те же инфузории, которые, на первый взгляд, кажутся примитивными созданиями, владеют очень сложными навыками. Они способны научиться сортировать взвешенные в воде мелкие частички, отправляя в «рот» съедобные и выбрасывая остальные.

Рассмотрим более детально удивительные возможности микроорганизмов, а также для сравнения примеры, демонстрирующие уникальные способности и самостоятельные действия живых клеток.

Как собраться в многоклеточный организм. Любопытным жизненным циклом отличаются слизистый грибок миксомицет-диктиостелиум.

Сначала его отдельные клетки как бы рассыпаны и самостоятельно ползают по почве в виде миксамеб. Затем одна или несколько этих амеб выделяют вещество акразин.

Это служит сигналом для их сородичей. Они начинают ползти навстречу друг другу, чтобы образовать многоклеточный плазмодий, который становится червеобразным слизнем. Он выползает на сухое место и превращается в маленький грибок с округлой головкой, где находятся споры.

При попытке в условиях эксперимента сократить количество сливающихся клеток до половины оказалось, что из этой половины миксамеб получился той же формы грибок, но вдвое меньшего размера. Тогда оставили четвертую часть клеток, они опять собрались, образовав грибок со всеми присущими ему формами, только еще меньших размеров.

Следовательно, каждая клетка несет информацию о форме тела грибка, которую клеткам надо сложить, собравшись вместе. Правда, где-то существует предел, когда клеток для построения миксомицета может не хватить.

А плоские черви планарии способны восстановить свой облик из 1/300 части своего тела. Если разрезать планарию на самые разные по величине кусочки и оставить в покое на три недели, то клетки в тканях планарий теряют свою специализацию и снова перестраиваются в целых животных.

Через три недели по дну сосуда уже будут ползать и планарии, почти равные взрослым, и крошки, едва заметные глазу. Но у тех и у других видна головка с глазами и расставленными в стороны обонятельными «ушками», все они одинаковы по форме, хотя в сотни раз отличаются размерами.

Сходные опыты ставились и с одноклеточными организмами – с крупными, в 2 миллиметра длиной, инфузориями спиростомами. Такую инфузорию можно разрезать микроскальпелем на 60 частей, и каждая из них снова восстановится в целую клетку.

Координация движений. Хотя простейшие, как явствует из классификации, принадлежат к наиболее примитивно устроенными живыми организмами, однако это не всегда соответствует действительности. Достаточно посмотреть на грациозные плавательные движения инфузорий.

Организованное движение подразумевает существование у этих организмов системы, которая служит аналогом нервной системы у высших животных. Это относится ко всем простейшим с координируемыми движениями.

Так, обычные инфузории имеют очень высокую степень координации движения для такого, казалось бы, примитивного простейшего. Экспериментально доказано, что нейроподобные волокна у них функционируют так же, как и нервы.

Удивительные способности живой клетки

Огромная информационная насыщенность материала и интерес к удивительным способностям живой клетки заслуживают отдельной книги. Здесь же мы лишь немного коснемся этой темы, чтобы читатель составил общее представление о возможностях, которыми наделены живые клетки.

Прошедший век открыл нам для размышлений, душевного восприятия и формирования мировоззренческих понятий об устройстве мира совершенно потрясающие знания.

Как оказалось, почти все клетки любого живого организма включают в себя полный комплект генетической информации, необходимой для создания всего организма в целом. То есть каждая клетка, например сердца, глаза, кожи, «знает», как именно создается печень, мышца или анализатор.

А ведь жизнь любого организма после оплодотворения начинается с той единственной клетки, в которой заложена вся эта информация. После деления одни клетки дают начало костям, другие – тканям, третьи – печени, четвертые – мозгу и т.д.

Например, гены определенных клеток в какой-то момент получают сигнал, что им пора строить сложную «архитектуру» глаза по известным им чертежам и технологии, используя весь комплекс наследственной информации.

Откуда же химическим веществам известно, каким клеткам и в какое время отдавать приказы, чтобы именно в свое место поместить глаза, а в свое – желудок? Предопределенность такой специализации клеток, управляемой какими-то «умными» веществами, для ученых так и остается одной из многочисленных загадок.

Да и вообще, как считают биологи, клетка еще изучена слабо. Почти каждые 7–10 лет они открывают совершенно новую клеточную структуру. Мало того, функции давно уже открытых структур во многом до сих пор остаются неясными. Живая клетка предстает перед человеком как огромный, полный тайн мир.

Выше уже говорилось о том, что живые организмы снабжены сложными сенсорными системами. Они принимают из окружающей среды различную информацию, анализируют ее и формируют необходимую для жизнедеятельности ответную реакцию.

Однако оказывается, что не менее сложными анализирующими системами наделены и клетки для восприятия внеклеточной информации и осуществления межклеточных взаимодействий. Только эти сенсорные приборы – не многоклеточные комплексы, как у организмов, а микроскопические части клеток, что не мешает им быть не менее «работоспособными».

Живые клетки не только постоянно делятся, но некоторые из них и перемещаются. Они обладают непостижимой способностью узнавать друг друга и общаться между собой, причем как при непосредственном контакте, так и на расстоянии. Ведь иногда им приходится поддерживать дальние контакты через целые клеточные пласты.

Такую связь трудно представить, так как все промежуточные клетки между приемником и передатчиком в свою очередь ведут активное общение между собой. А поскольку природа их связи близка, то множество «голосов» должно сливаться в сплошной шум, подобно радиопомехам.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Болит спина на 6 неделе беременности что делать

Многие клетки обеспечены средствами и для непосредственного контактирования между собой, чтобы знать о состоянии дел у ближайших соседей, а через них – у организма в целом. Поэтому у них происходит постоянный обмен информацией.

Исследование подобных процессов технически затруднено, но все же ученым удались эксперименты, проведенные на клетках кожи. В ее поверхностный слой были имплантированы (внедрены) миниатюрнейшие фильтры, которые отделили одни клетки от других.

Оказалось, что сигналы от клеток поступали через мельчайшие поры и они «слушали» друг друга. Но в тех случаях, когда фильтр был пропитан парафином, связь между клетками прерывалась и восстанавливалась только после того, как клетки росли вниз и вступали во взаимный контакт.

Для того чтобы получить клеточную культуру, ткань животных или растений обрабатывают ферментами, что вызывает ее распад на клеточные элементы. Эти клетки выращивают при температуре тела в соответствующей для данного вида тканей среде с добавлением специальных веществ, что заставляет клетки, расти и размножаться.

Одни из клеток требуют относительно простой среды, состоящей из неорганических солей витаминов и аминокислот. А для выращивания других нужна особо сложная среда, включающая микроэлементы, гормоны роста или пока не изученные вещества, встречающиеся, например, только в кокосовом молоке.

Ученые сумели получить даже непрерывные, «бессмертные», клеточные линии, которыми можно пользоваться десятилетиями. Кроме того, большинство клеток и тканевых культур хорошо переносят глубокое замораживание с помощью жидкого азота.

В настоящее время в прикладных целях широко используется метод выращивания специальных клеточных структур. Так, в Швейцарии создан биореактор, в котором под компьютерным контролем выращивается человеческая кожа, необходимая при лечении тяжелых ожогов.

У пациента с непострадавшего участка тела берут кусочек кожи, из которого выращивается лоскут для пересадки на место ожога. При таком методе не происходит отторжения ткани. Швейцарский биореактор позволяет за 12 дней из 3 квадратных сантиметров кожи вырастить лоскут в половину квадратного метра.

Выдающимся достижением биологов стало «выращивание в пробирке» стволовых клеток, участвующих в «сборке» тела живого существа.

Нельзя не упомянуть и о методе создания артерий из культур клеток самого пациента. Они в 20 раз прочнее собственных артерий и, естественно, биосовместимы.

Клеточные слои артерии выращиваются на пластиковой трубке в течение 7–9 недель, а затем пластик вынимается, и новый сосуд готов для хирургии.

Особенную самостоятельность и активность проявляют нервные клетки.

Так, в условиях эксперимента клетки из серого вещества мозга одной крысы пересадили в белое вещество мозга другой крысы. И неожиданно для себя исследователи обнаружили у пересаженных донорских клеток быстрый рост аксонов – отростков, которые осуществляют передачу нервных импульсов.

А далее еще интересней: 80% этих клеток «пустили корни» в серое вещество мозга второго животного и стали передавать сигналы по новым направлениям так же успешно, как и обычные нервные клетки хозяина.

Или, например, клетки костного мозга, пересаженные в другие ткани тела, способны реконструировать иммунную систему и стимулировать рост мускулов и костей у дистрофиков. А если в омертвевшую после инсульта ткань мозга впрыснуть культуру нервных клеток, взятых у пациента, то она приживается и через 24 недели восстанавливает его речь и подвижность.

Способность нервных клеток к самостоятельной деятельности позволяет «ремонтировать» спинной мозг. Проводятся успешные опыты на животных, в частности, на свиньях. Из нервных клеток земляных червей получают композит, «склеив» их полиэтиленгликолем.

Получены положительные результаты и с макрофагами иммунной системы, способными к захватыванию и перевариванию различных посторонних организму частичек, в том числе микробов. Правда, они регенерируют не центральную, а только периферическую нервную систему.

Отдельные клетки наделены очень важным свойством любого живого организма – находиться в постоянном движении. При этом они могут изменять форму, изгибать мембрану, ползать по поверхностям, пробираться через узкие проходы, плавать разнообразными способами в жидкости.

Специальные устройства для передвижения. Движение одних клеток происходит благодаря работе псевдоподий – ложноножек. Эти непоседы передвигаются медленным шагом со скоростью 10–13 миллиметров в час. При таком движении, называемом в науке амёбоидным, тело будто перетекает с одного места на другое.

Для других клеток характерен высокоскоростной способ передвижения за счет волокноподобных образований различной длины. Такие короткие образования, «волоски», обычно называют ресничками, длинные – жгутиками.

Клетка в процессе движения сохраняет свои границы, так как обладает своеобразным скелетом – цитоскелетом. Эта система построена из особых структур: белковых микротрубочек и микроволокон, пронизывающих всю цитоплазму.

А двигательную функцию выполняют пучки из нитей, в состав которых входит, кроме других белков, – белок актин. Наличие цитоскелета не мешает плавающей в жидкости округлой клетке размером, например, в 10–15 микрометров проходить через 3–5-микрометровый капилляр. При этом шарик превращается в узкий тяж, а ядро – в палочку.

Клетки способны передвигаться и по различным поверхностям. Так, клетки эпителия (ткани, покрывающей поверхность кожи) на краях раны обладают очень важной для организма способностью. Они почти сразу начинают ползти на обнаженную раневую поверхность, чтобы ее быстрее «затянуть».

Интересно, что клетки реагируют на поверхность в зависимость от ее состава: они не любят медь и не хотят приклеиваться к некоторым искусственным материалам. Движение невозможно без информации о положении движущегося объекта и цели передвижения.

Например, еще в эмбриональном периоде развития организма, когда закладываются ткани и органы, многие клетки активно переселяются в разные точки эмбриона. Они точно знают, в какой момент и куда им направляться. Каким образом регулируется это движение, пока остается загадкой.

Целенаправленное передвижение лейкоцитов. Лейкоциты (от гр. leukos – белый гр. kytos – клетка) – это белые кровяные клетки, предназначение которых быть защитниками организма. Они обязаны истреблять попадающие в него микроорганизмы и инородные частицы.