Как мозг учился думать
Шрифт:
Об особенностях образования условных рефлексов речь еще впереди. Изучение этого важнейшего элемента психической деятельности было осуществлено под руководством И.П. Павлова. Три с половиной десятилетия продолжалась работа большого коллектива ученых по изучению физиологии мозга. Исследования в павловских лабораториях проводились главным образом на собаках.
Ученые надеялись, что, исследуя психику собаки, удастся изучить многие особенности работы мозга, общие для человека и животных.
Условный рефлекс – важнейший, основной механизм работы мозга. Изучение особенностей его функционирования очень скоро убедило в этом ученых. Была уверенность, что условные рефлексы вырабатываются не только у собак, но и у многих других четвероногих и пернатых обитателей нашей планеты. Поэтому, изучая развитие мозга различных животных, ученые в первую очередь старались выяснить, образуются ли у них условные рефлексы и какие именно. Легко ли они возникают или с трудом. Иными словами, когда хотят
Успеху И.П. Павлова во многом способствовали собаки, его основные лабораторные животные. Отдавая дань уважения этим прославленным труженицам науки, в 1936 году по его просьбе в Ленинграде на территории Института экспериментальной медицины под окнами физиологической лаборатории Ивана Петровича установили памятник собаке. На высоком постаменте четыре бронзовых барельефа со сценами из жизни лаборатории, демонстрирующими сообразительность и терпеливость собак.
Крохотные ученики
С чего или, вернее, с кого начать изучение умственных способностей животных? Ну конечно, с самых простых, примитивных одноклеточных организмов. Проще них даже представить что-нибудь трудно. Такое животное состоит из одной-единственной клеточки, заполненной протоплазмой с погруженным в нее клеточным ядром. Многие виды одноклеточных даже не имеют настоящей клеточной оболочки. Нужно ли говорить, что у них нет ни скелета, ни нервной системы, ни лапок, ни ушей, ни глаз. Несмотря на это, многие одноклеточные весьма активные шустрые создания. Одни из них – жгутиконосцы – плавают с помощью длинного подвижного жгутика, находящегося на конце тела и работающего, как гребной винт лодочного мотора. Только двигаются они жгутиком вперед с огромной для своих ничтожных размеров скоростью. Чемпионы среди них за секунду покрывают расстояние в тридцать миллиметров, что в шестьдесят–семьдесят раз превышает длину их тела. Чтобы стало понятно, много это или мало, сравним быстроту их перемещения с движением автомобиля. Максимальная скорость, разрешенная на дорогах нашей страны, – девяносто километров в час, или двадцать пять метров в секунду. Длина легкового автомобиля «Волга» около пяти метров. Значит, за секунду автомобиль проходит расстояние, всего в пять раз превышающее собственную длину. Если бы жгутиконосцы были размером с «Волгу», они за полчаса пробегали бы дистанцию в пятьсот – шестьсот километров, что соответствует расстоянию от Москвы до Ленинграда. Не каждому современному самолету доступна такая скорость.
У инфузорий нет жгутика, зато все тело, как шерсткой, покрыто ресничками. Их около десяти–четырнадцати тысяч! Они работают, как весла. Движения ресничек строго координированы. Их взмахи волнами прокатываются вдоль всего тела миниатюрного существа. Это позволяет инфузориям развивать немалую скорость, покрывая за секунду расстояние, в пять-шесть раз превышающее собственную длину, что соразмерно скорости «Волги».
Амебы умеют ползать. Сначала на их теле появляются маленькие выпячивания. Они быстро растут, превращаясь в длинный отросток. Затем тело амебы переливается в отросток, и она выпускает новый. Так, выпуская отростки и переливаясь в них, амеба энергично ползет по стеклу аквариума или по листу растения.
Некоторые одноклеточные организмы устроены посложнее. На переднем конце тела эвглен через оболочку просвечивают красноватые капельки жира. Они образуют так называемый глазок. Он действительно обладает светочувствительностью. Если аквариум с эвгленами поставить в тень, осветив в нем лишь небольшой участок, все его обитатели, сколько бы их там ни было, соберутся в освещенной части.
Наиболее сложно устроенные одноклеточные существа – инфузории. Кроме многочисленных ресничек на теле инфузории туфельки находится бессчетное количество крохотных отверстий, в которых прячутся стрекательные палочки – трихоцисты. Они представляютсобой длинные полосатые стержни с плотными гвоздеобразными наконечниками. Трихоцисты предназначены для обороны и нападения. Ими животное выстреливает при малейшей опасности. Стоит дотронуться до тела инфузории даже тончайшим волоском, и она ответит на раздражение залпом стрекательных палочек. Видимо, их наконечники, как боевые стрелы индейцев, содержат какое-то ядовитое вещество. Впиваясь в тело обидчика, они не только наносят глубокие раны, но и отравляют их своим ядом. У врагов туфельки, таких же маленьких животных, наступает паралич, а если в тело вонзилось много стрекательных палочек, раненое животное погибает.
На переднем конце тела инфузории находится ротовая впадина, на дне которой видно отверстие, ведущее в глотку. Одна из стенок глотки покрыта пленочкой из слипшихся между собой ресничек. И реснички на стенках впадины и пленочка глотки все время колеблются, загоняя внутрь взвешенные в воде микроорганизмы. Каждые одну-полторы минуты
Знакомство со сложным строением одноклеточных организмов невольно заставляет подозревать, что они далеко не так просты, как можно было бы думать о крохотных одноклеточных созданиях. Действительно, их поведение подчас вызывает удивление. Оказалось, например, что парамеция-туфелька глотает далеко не все, что плавает в воде и постоянно попадается ей на пути. То, что ей не нравится, во временные «желудки» к ней не попадает. Значит, у туфельки хорошо развит вкус. Действительно, парамеции вылавливают из воды бактерий, с удовольствием лакомятся растертым куриным желтком и почему-то охотно поглощают краситель кармин, зато от крупинок серы, микроскопических кристалликов солей категорически отказываются. В их «желудки» эти вещества не попадают. Ученым захотелось выяснить, каким образом пищевые вещества оказываются у них «во рту» и как они добиваются, чтобы туда же не попадали несъедобные частички. Смесь из равных частей тщательно размельченного кармина и серы добавили в каплю воды, где плавали инфузории, и стали наблюдать за их поведением. В микроскоп было отчетливо видно, что реснички ротовой впадины без разбора загоняли в глотку все, что плавало на воде, но красные частички кармина скапливались на ее дне и через каждые шестьдесят–девяносто секунд попадали во вновь образующиеся «желудочки», а желтые частицы серы, не задерживаясь, выбрасывались наружу. Как удается туфельке рассортировать взвешенные в воде частички, ученым так понять и не удалось.
Кто же учит парамеций охотиться на бактерий, сортировать взвешенные в воде частицы и выплевывать несъедобные или невкусные крупинки? Вы, наверное, уже догадались, что туфелькам учиться не приходится. Все, что им нужно знать и уметь, они получают по наследству, обходясь без учителей и наставников.
Может показаться непонятным, как можно что-то уметь, ничему специально не обучаясь. Попробую объяснить. Машины, построенные руками человека, способны выполнять определенную работу, благодаря своему устройству. Их конструкция – это и есть вложенные в них человеком знания о том, что и как нужно делать. Настольную электрическую лампу никто не учит светить, а она превосходно справляется со своей задачей. Стоит нажать на выключатель, и свет вспыхивает. Иначе она поступить не может, можно сказать «не умеет». Нажимая на выключатель, мы соединяем два конца провода, открывая дорогу электрическому току. Он побежит по проводам, по спирали внутри электрической лампочки, раскалит ее, и она начнет испускать свет. Спираль тоже никто не учит нагреваться. Она сделана из такого металла, который оказывает электрическому току значительное сопротивление, а потому при его прохождении раскаляется.
С готовыми знаниями выпускают с завода и более сложные приборы. Автомат для продажи газированной воды тоже никто не учит ни приготовлять напитки, ни торговать ими. Все необходимые ему знания заложены в конструкцию, позволяя выполнять достаточно сложную работу. Автомат умеет из всех мелких денег, имеющих хождение в нашей стране, отбирать монеты достоинством в одну и три копейки. Любые другие он или просто не возьмет, или, познакомившись с ними поближе, возвратит обратно. Получив копейку, автомат наливает в стакан простую воду, газируя ее углекислым газом. Приняв три копейки, он сначала выдает порцию сиропа, а затем наливает газированную воду. Сделать наоборот нельзя: сироп не смешается с водой и напиток будет невкусным. Это отлично понимали создатели автомата, поэтому конструкция его такова, что трехкопеечная монета сначала открывает кран для сиропа, а уж потом для воды. Разбираться в достоинстве монет тоже дело не сложное. Пятачок, полтинник, металлический рубль автомат не примет. Они слишком велики и не войдут в щель для монет. Остальные монеты сортируются по весу, и их сортировка не представляет для автомата особых трудностей. Слишком легкая копейка не в состоянии открыть кран сиропа. Для этого нужен груз, весящий три грамма, то есть монета достоинством в три копейки.
Живые существа, безусловно, устроены значительно сложнее, чем механический продавец воды, а с автоматами их роднит только то, что программы поведения заложены в конструкцию их маленького тела. Это позволяет одноклеточным организмам автоматически реагировать на различные воздействия: на пищу, врагов, свет, тепло, растворенные в воде химические вещества, на препятствия и многое другое.
Ученые – народ недоверчивый. Простого наблюдения за поведением одноклеточных организмов для них оказалось недостаточно, чтобы решить, умные это или глупые существа. Понадобились специальные опыты, чтобы выяснить, можно ли чему-нибудь научить самых примитивных животных. Из огромной армии одноклеточных организмов пока изучены лишь представители одного класса. Выбор ученых почему-то пал на инфузорий. В различных странах мира с ними проделаны десятки экcпepимeнтoв. Разобраться в умственных способностях этих существ оказалось не так просто.