Обзаводимся связями
Почему люди такие разные по своим способностям, наклонностям, уму? Может быть, нервные клетки у одних людей лучше справляются со своими обязанностями, чем у других? Может быть, это связано с различиями в конструкции самого мозга? Действительно, результаты деятельности любой нервной клетки должны зависеть от того, какие связи она сумела установить с другими нервными клетками. Давайте познакомимся с тем, как обзаводятся связями нервные клетки мозга, как растет мозг, как увеличивается количество нервных клеток и как растут их отростки.
Когда–то ученые думали, что в яйцеклетке любых организмов находится крохотная копия или модель будущего взрослого существа, и рост эмбриона, а потом и детеныша, состоит в том, что все детали этой копии равномерно увеличиваются в размерах, пока не достигнут необходимой величины. На самом деле никакой модели организма в яйцеклетке нет. Она сначала делится на две клетки, потом на четыре, и так далее, пока клеток не станет достаточно много. Только тогда они начинают группироваться и образовывать зачатки органов тела – каждый в строго определенный срок. Когда у эмбриона возникнет зачаток мозга, нервные клетки, из которых он состоит, еще не имеет отростков. Они вырастают позже и добираются до тех нервных клеток, которым должны передавать информацию, или покидают мозг и находят необходимый орган, которому будут передавать команды мозга.
Казалось бы, перед учеными стояла неразрешимая задача: как проследить за ростом одного определенного отростка нервной клетки в живом функционирующем мозгу? Решить ее позволили химеры. Не близкие родичи акул, что живут в глубинах океана, и не мифические чудовища, рожденные богатой фантазией древних греков. Этим словом называют животных, которым пересажены какие–либо органы от других существ. Легче всего химерами становятся рыбы и земноводные. Тритону или саламандре можно приживить второй хвост, третий глаз, четыре дополнительных сердца или пятую лапку.
Если у тритона–химеры пятая лапка способна двигаться, значит у нее есть нервы. Гораздо сложнее было выяснить, откуда они взялись. Тщательные подсчеты показали, что число нервных волокон, выходящих из спинного мозга, не меняется. Следовательно, в дополнительную конечность мозг дополнительных нервных волокон не посылает. Оказалось, что каждое нервное волокно, идущее в собственную лапку, дает отросток, который направляется в приживленную конечность. У нормальной североамериканской саламандры – мексиканской амбистомы – в каждую переднюю конечность направляется 900 нервных волокон. Дополнительная передняя лапка получает столько же.
Нервы, врастающие в собственную лапку у еще крохотного эмбриона и в приживленную конечность взрослой саламандры, умеют безошибочно выбирать соответствующие мышечные волокна, которыми они рождены управлять. Выбор взаимный. Если в правую дополнительную лапку вшить левый двигательный нерв, за неимением лучшего мышца его примет, но если теперь подшить сюда правый нерв, то он, действуя сообща с мышцей, изгонит чужой нерв и займет его место.
Аналогичным образом ведут себя чувствительные нервы, по которым информация о состоянии организма передается в мозг. Если у лягушки кусочек кожи со спины пересадить на живот, то, как только ранка заживет, чувствительность в пересаженном участке восг станавливается, и он начинает снабжать информацией мозг. Если теперь на пересаженный участок кожи положить крохотный кусочек промокательной бумаги, смоченный слабым раствором соляной кислоты, лягушка ловким движением задней лапки сбросит его. Однако если опыт повторить через месяц, все изменится. Теперь, вместо того чтобы пошарить у себя на брюшке, где находится промокашка и кислота пощипывает кожу, лягушка с остервенением будет скрести лапкой спину.
Секрет этого поведения прост. В пересаженный на брюшко кусочек кожи спины очень быстро врастают оказавшиеся по соседству веточки кожного брюшного чувствительного нерва. При раздражении кислотой пересаженного кусочка кожи они и передают в мозг соответствующую информацию. Позже волокна кожного чувствительного нерва спины разыщут кусочек пересаженной кожи, врастут в него и вытеснят веточки брюшного нерва. Теперь при раздражении пересаженного кусочка кожи информация о том, что кожа спины подверглась неприятному воздействию, побежит в мозг по спинным кожным нервам. Ведь это действительно кожа спины! А о том, что раздражаемый участок кожи спины перекочевал на живот, мозгу никто сообщить не может. Вот лягушка и шарит лапкой у себя на спине в полной уверенности, что именно отсюда в мозг поступил сигнал бедствия.
Живое электричество
Электричество вошло в жизнь человека благодаря животным. С электрическими явлениями древние египтяне были знакомы еще четыре с половиной тысячи лет назад. Об этом свидетельствует надгробный памятник в Соккаре, на котором изображен электрический сом, живущий в верховьях Нила.
В Европе с электричеством познакомились благодаря наблюдениям Фалеса Милетского еще за 600 лет до нашей эры. Он обнаружил, что кусочек янтаря, если его потереть, приобретает способность притягивать, а затем и отталкивать разные мелкие предметы.
Больше двух тысячелетий этот факт не привлекал особого внимания, пока Уильяму Джильберту не пришло в голову потереть кусочек стекла, сургуча, серы и других веществ. Кстати, это он придумал слово "электричество", от греческого "электрон", что значит "янтарь".
Однако всерьез за изучение электричества взялись благодаря сеньоре Гальвани, жене болонского профессора анатомии, которой приходилось самой ходить в мясную лавку. Там продавалась не только говядина, но и такие деликатесы, как лягушачьи окорочка.
Рассказывают, что именно лягушачьи лапки, развешенные гроздьями на медных крючках, прикрепленных к железным перекладинам, поразили воображение сеньоры Гальвани. К ее ужасу, отрезанная лапка лягушки, касаясь железа, дергалась, точно живая. Утверждают, что сеньора так надоела мужу рассказами о напугавших ее явлениях, которые она объясняла тем, что мясник связался с нечистой силой, что профессор решил сам пойти в лавку и выяснить, что там происходит.
Луиджи Гальвани знал о проведенных лет за 30 до того наблюдениях, показавших, что мышцы человеческого трупа сокращаются, когда получают разряд лейденской банки. Естественно, что Гальвани объяснил подергивание лягушачьих лапок в лавке мясника влиянием разрядов атмосферного электричества. Чтобы успокоить жену, ученый решил провести наблюдения за лягушками у себя дома. Опыт, поставленный в одну из грозовых ночей, блестяще удался: лапки мертвой лягушки, подвешенной на медном крючке к решетке балкона, время от времени дергались, как живые.
Ни гроза, ни нечистая сила к сокращению мышц никакого отношения, конечно, не имели. Видимо, ветер раскачивал тушку, а когда она касалась чугунной балюстрады, замыкалась цепь между железом и медью, и электрический ток, возникающий в цепи разнородных металлов, как и полагается в таких случаях, вызывал сокращения мышц. Понять это сумел лишь Алессандро Вольта, что ничуть не умаляет заслуг Гальвани.
Он занимался опытами с электричеством до конца своей жизни. И дальнейшие исследования окончательно убедили его в самой тесной связи жизни и электричества, в зависимости всех жизненных проявлений организма от электрической силы. Он убедился, что электричество берется не из атмосферы. Но где же оно возникает: между медью и железом, как предполагал Вольта, или в самой лягушке? Гальвани не мог поверить, что явление, так тесно связанное с жизнью, могло само по себе возникать в неодушевленных предметах. В конце концов он сумел доказать, что электричество действительно может возникать в организме.
Форма опыта была проста. Нерв одной лягушачьей лапки отрезали и сгибали в дугу. Нерв второй лапки отделяли вместе с мышцей и накладывали на первый так, чтобы касаться его в двух местах: у места перерезки и где–нибудь в неповрежденной части. В момент соприкосновений нервов мышца сокращалась. Существование животного электричества было доказано.
В десятках лабораторий эти опыты повторили. Ими занимались биологи, физики, математики, врачи. Из удобного объекта для биологических опытов лягушка в руках физиков очень скоро превратилась в удобный источник тока и в наичувствительнейший измерительный прибор. Неудивительно, что, получив такой универсальный прибор, имея постоянно дело с живым электричеством, физики привыкли именно его считать истинным, а возникновение электричества в цепи разнородных металлов воспринимали как явление парадоксальное. Недаром Вольта, создав гальваническую батарею, назвал ее искусственным электрическим органом.
Шифр и словарь
Если в Петербурге выйти на набережную Невы и встать лицом к Зимнему дворцу, то в самой правой части здания над крышей и затейливой балюстрадой можно увидеть небольшую башенку, по виду нечто среднее между звонницей маленькой часовни и наблюдательной будкой поста противовоздушной обороны, каких немало построили в городе в годы войны. Во времена Пушкина она называлась телеграфным домиком. В те годы по всей стране была размещена сеть наблюдательных постов. Сообщение с невиданной по тем временам скоростью передавалось от наблюдателя к наблюдателю вспышками солнечных зайчиков или небольших прожекторов. Солнечному телеграфу потребовалось немногим больше 4 часов, чтобы принести в столицу Российской империи весть из ..Варшавы о начавшемся польском восстании.
Сообщения светотелеграфа были зашифрованы с помощью различных комбинаций световых вспышек. С аналогичной задачей – необходимостью придумать шифр или алфавит для своих сообщений – столкнулись нервные клетки. Клетки–информаторы – узкие специалисты. Каждая чувствительная клетка реагирует на что–то одно: чувствительные клетки глаза реагируют на свет, слуховые клетки – на звук, вернее, на колебания барабанной перепонки, вкусовые клетки – на химический состав пищи и других веществ, оказавшихся во рту. Мало того, и вкусовая, и слуховая клетки реагируют не на все звуки и не на все виды пищи. Поэтому нервной клетке, получающей информацию непосредственно от чувствительной, нет необходимости объяснять, о чем ей сообщают. Если она получила сигнал от вкусовой клетки, настроенной на восприятие сладкого, значит, во рту оказалось что–то сладковатое, а если от клетки, чувствительной к соленому, – значит, во рту что–то соленое. Если нервная клетка получила сигнал от слуховой клетки, настроенной на восприятие самых высоких звуков, ей ясно, что где–то возник звук с частотой 20 килогерц (20.000 колебаний в секунду). Таким образом, чувствительная клетка сообщает в мозг только о том, что она возбуждена, так как обнаружила то, на восприятие чего она настроена, а он, зная, кто направил ему информацию, прекрасно понимает, что могло вызвать возбуждение данной чувствительной клетки.