заселена. Между ее косной безжизненной частью, ее косными природными телами и живыми веществами, ее населяющими, идет непрерывный материальный и энергетический обмен, материально выражающийся в движении атомов, вызванном живым веществом. Этот обмен в ходе времени выражается закономерно меняющимся, непрерывно стремящимся к устойчивости равновесием. Оно пронизывает всю биосферу, и этот биогенный ток атомов в значительной степени ее создает. Так неотделимо и неразрывно биосфера на всем протяжении геологического времени связана с живым заселяющим ее веществом. В этом биогенном токе атомов и связанной с ним энергии проявляется резко планетное, космическое значение живого вещества. Ибо биосфера является той единственной земной оболочкой, в которую непрерывно проникают космическая энергия, космические излучения и прежде всего лучеиспускание Солнца, поддерживающее динамическое равновесие, организованность: биосфера ↔ живое вещество» (В.И. Вернадский).
Вернадский В.И. Биосфера // Избр. соч. — М., 1960. — т. 5.
Одум Ю. Экология. — М., 1975.
Реймерс Н.Ф. Экология. — М., 1994.
Глава 14Этология и социобиология
Всеобщим свойством живых тел, определяющим их активную реакцию на воздействие окружающей среды, является раздражимость. У многоклеточных животных вся сенсорная информация воспринимается видоизмененными нервными клетками — рецепторами. Воспринимаемая рецепторами информация передается эффекторным клеткам и вызывает в них реакцию, определенным образом связанную со стимулом. Любое раздражение (механическое, световое и т. п.), воспринимаемое рецептором, преобразуется в процесс возбуждения.
Типы рецепторов и воспринимаемые ими стимулы представлены в таблице 4[107].
Таблица 4. Типы рецепторов и воспринимаемые ими стимулы.
На более высоких стадиях эволюции потребность в улучшении обратной связи между организмом и средой способствует развитию специализированных систем клеток и приводит к образованию органов чувств. Это наиболее сложные рецепторы. Они состоят из большого числа чувствительных клеток, которые тонкими нервными волокнами связаны с центральной нервной системой. Например, глаз похож на фотокамеру с диафрагмой. Он состоит из 130 млн. клеток, которые создают как бы «мозаику».
Основное назначение органа зрения — восприятие света. Лучи, падающие на светочувствительный экран сетчатки, вызывают в ее клетках фотохимическую реакцию, в результате которой световая энергия превращается в нервное возбуждение. Оно в виде импульсов передается в зрительные центры головного мозга, поэтому правильнее говорить, что видит мозг, а не глаз.
Система передачи возбуждений от органов чувств к мозгу называется нервной системой. Она состоит из нейронов, или нервных клеток. «Хотя под влиянием электрических токов они обнаруживают довольно сложные свойства, обычное их физиологическое действие очень близко к принципу „все или ничего“, т. е. они либо находятся в покое, либо, будучи возбуждены, проходят через ряд изменений, природа и интенсивность которых почти не зависят от раздражителя. Сначала наступает активная фаза, передаваемая от данного конца нейрона до другого с определенной скоростью; затем следует рефракторный период, когда нейрон не способен приходить в возбуждение, по крайней мере, под действием нормального физиологического процесса. По окончании этого эффективного рефракторного периода нерв остается бездеятельным, но может быть снова приведен в возбуждение… За исключением тех нейронов, к которым сообщения поступают от свободных нервных окончаний или чувствительных концевых органов, каждый нейрон получает сообщения от других нейронов через точки контакта, называемые синапсами. Число синапсов у отдельных нейронов может изменяться от нескольких единиц до нескольких сотен»[108].
В основе деятельности нервной системы лежит восприятие сенсорной информации, передача электрохимическим путем возбуждения, его обработка и соответствующее реагирование на воздействие. Все нейроны делятся на афферентные (сенсорные), приводящие импульсы от рецептора, и эфферентные (двигательные), передающие импульсы к эффектору. В состав последнего входят возбуждающие и тормозные нейроны, которые заставляют действовать или тормозят действие. Характер ответа, его величина и продолжительность находятся в прямой зависимости от природы стимула.
Нервные сигналы передаются в виде электрических импульсов. Нейроны называются возбудимыми клетками, так как на их мембране электрический потенциал меняется. Пока клетка находится в неактивном состоянии, ее потенциал покоя остается постоянным. Потенциал покоя имеет физико-химическую природу и обусловлен разностью ионных концентраций по обе стороны мембраны аксона — отростка нервной клетки — и избирательной проницаемостью мембран для ионов. При возникновении потенциала действия проницаемость мембраны аксона повышается, и в него входят ионы.
Рассмотрим механизм адаптации сенсорных нейронов. При длительном воздействии сильного раздражителя большинство рецепторов вначале возбуждают в сенсорном нейроне импульсы с большой частотой. Постепенно частоты этих импульсов снижаются. Значение адаптации сенсорных клеток состоит в том, что она позволяет получить информацию об изменениях в окружающей среде. Когда этих изменений нет, клетки находятся в покое, что предотвращает перегрузку центральной нервной системы ненужной информацией.
Интересно проследить сходства и различия между ЭВМ и нервной системой.
Сходства.
1. Работа по принципу «все или ничего» на основе электрических потенциалов.
2. Переработка энергии в информацию (ЭВМ потребляет гораздо больше энергии).
3. Способность к обучению.
Различия.
1. В мозгу, в отличие от ЭВМ, ничего не стирается.
2. Организмы состоят из больших белковых молекул, а машины — из малых небелковых молекул.
3. Живые системы более эффективны и приспособляемы.
4. Живые механизмы, как правило, имеют значительно меньшие размеры, чем изготовляемые человеком для аналогичных целей.
5. Машины могут производить и передавать в больших количествах электричество (электрические машины), генерировать короткие волны (радио), а живые организмы не могут.
На основании этого сопоставления можно сделать вывод, что мозг аналогичен управляющему вычислительному устройству, которое можно использовать как его модель.
Дисциплина, изучающая нервную систему живых организмов, получила название нейрофизиологии. Она является переходной между физиологией и психологией. Нейрофизиология изучает процессы передачи информации в нервной системе и строение мозга. Предметом ее исследования служат связи между физиологическими и психическими процессами. «Известно, что повышение температуры почти до физиологических границ облегчает выполнение большей части, если не всех, нейронных процессов», — подчеркивает эту связь Н. Винер[109].
Мозг состоит из серого и белого вещества. Серое вещество — нейроны, белое — нервные волокна, т. е. части аксонов (длинных отростков нейронов). Так как способность к научению у млекопитающих пропорциональна величине больших полушарий, очевидно, что именно они служат местом образования и хранения памяти.
Левое полушарие ведает регуляцией речи, письма, логического мышления, а правое участвует в распознавании и анализе зрительных, музыкальных образов, формы и структуры предметов, в сознательной ориентации в пространстве.
У большинства людей (правшей) лучше развито левое полушарие. Главная функция мозжечка — регулирование нервных механизмов обратной связи, участвующих в целенаправленной двигательной активности.
Изучение памяти, т. е. способности хранить и извлекать информацию о прошлом опыте, — важная задача нейрофизиологии. Хороший способ смоделировать кратковременную память — это заставить последовательность импульсов циркулировать по замкнутой цепи. «Можно думать, что образование следов памяти связано с действием биохимического механизма, включающего синтез в мозгу определенных веществ. Экстракты из центральной нервной ткани обученных плоских червей или крыс при введении необученным червям или крысам соответственно сокращали время, необходимое для усвоения тех же задач»[110].
«Информация, — пишет Н. Винер, — сохраняется в мозгу долгое время благодаря изменениям порогов нейронов или, другими словами, благодаря изменениям проницаемости каждого синапса для сообщений. Эти пороги повышаются и самый процесс обучения и запоминания истощает наши способности, пока жизнь не расточит основной канал жизнеспособности»[111]. Это дало основания Н. Винеру сделать вывод, что сама жизнь индивидуума соответствует выполнению одной программы, после чего она «стирается».
Нарушения в деятельности нервной системы могут быть связаны с ее перегрузкой «вследствие избытка передаваемых сообщений, физической потери каналов связи или чрезмерного занятия каналов такой нежелательной нагрузкой, как циркулирующие записи памяти, усиливающиеся до превращения в навязчивые идеи»[112]. Применение в психиатрии электрического тока, инсулина и других психотерапевтических средств основано на их способности разрушать механизмы памяти.
Помимо нервной системы деятельность организма координирует эндокринная система. Она передает сигналы с помощью веществ, переносимых кровью, и реагирует образованием какого-либо вещества, например слез при попадании в глаз частичек пыли. Эти вещества выделяются так называемыми