Все різноманіття форм пристосувальних реакцій живих організмів ділять на дві групи. Інстинкти склалися як пристосування до постійних і періодичним явищам навколишнього середовища.
Друга група об'єднує види поведінки, які тварини знайшли в індивідуальному житті, точніше те, що кожен звір своїм розумом зрозумів і вистраждав. Дані реакції допомагають організму пристосуватися до несподіваних, швидко мінливих умов існування.
Обидві форми пристосувальної діяльності включають послідовні ряди дій, спрямованих на досягнення корисних для організмів результатів. Однак програмування таких дій всередині вродженої та набутої діяльності може здійснюватися по-різному.
«Золоті яйця» оси і равлики аплізіі
Як правило, інстинктивна діяльність будується на основі жорстких програм. Вивчаючи життя комах, видатний французький натураліст Ж. Фабр звернув увагу на цікаву форму інстинктивного поведінки желтокрилой оси - сфекса.
На певному етапі розвитку у цих ос під впливом внутрішніх гормональних змін і факторів зовнішнього середовища (насамперед температури повітря і тривалості дня) починається дозрівання яєць. Виникає і потреба відкласти їх. Цей етап поведінки хижої оси є типовим прикладом інстинктивної діяльності.
Оса починає з того, що в затишному місці риє нірку певної форми. Потім вона відлітає на полювання за дичиною, яка повинна послужити їжею для личинок, як тільки вони вилупляться з яєць. Дичина для сфекса - це польовий цвіркун. Сфекс виявляє цвіркуна і паралізує його потужними ударами жала в нервові вузли. Підтаскавши його до норки, оса залишає його біля входу, сама ж опускається в нірку перевірити обстановку.
Переконавшись, що в норі сторонні відсутні, оса затягує туди свою жертву і відкладає на його груди свої яйця. Так само вона може затягнути в нору ще кілька цвіркунів, для того, щоб закрити ними вхід. Потім вона летить, і на це місце вона вже не повернеться.
Якщо уважно розглянути всі етапи поведінки оси, можна помітити, що всі її руху розгортаються за унікальною програмою підпорядкованої єдиному результату - кладці яєць. Вчений Ж.Фабр багато разів відсував цвіркуна, якого оса залишала біля входу під час перевірки нори. В цьому випадку, вибравшись з нори і помітивши, що видобуток занадто далеко, оса знову хапала її, підтягати до входу, а потім спускалася в нірку, але знову одна. Оса невтомно повторювала всі дії: підтягати цвіркуна, потім кинувши його, перевіряла нірку, щоб знову повернутися за ним.
Отже, в поведінці оси кожен попередній підсумок її діяльності, спрямований на досягнення якогось етапного результату, визначає розвиток подальшої дії. Якщо оса не отримує сигнал про успішне завершення попереднього етапу, вона ні за що не перейде до наступного.
Все це говорить про те, що поведінка оси будується за жорсткою програмою. Її запускає внутрішня потреба, мотивація. Але здійснення програми визначається етапними і кінцевими результатами пристосувальноїдіяльності тварини. Що це так, показують наступні спостереження. Після того як оса замурую вхід, можна буквально на її очах зруйнувати все її старання. Доля яєць більше не цікавить осу, так як її місія виконана.
Вся ця програма визначається спадковими механізмами. Адже нащадки оси ніколи вже не зустрінуться з батьками і нічому від них не навчаться. Однак ці спадкові механізми вступають в дію тільки при наявності певних факторів зовнішнього середовища. Якщо оси не знаходять їх, скажімо м'який грунт для норок, весь ланцюжок дій плутається і рветься. І тоді ціла популяція ос в цьому нещасливому місці гине.
Схоже будуються всі форми інстинктивної діяльності.Це підтвердили вчені, які вивчали на всіх материках і в безодні морів і океанів манери і звички крилатих, чотирилапих, лускатих, ластоногих, землероющих і інших наших сусідів по планеті.
Чим ширше відкривалося людині багатобарвність інстинктивного поведінки тварин, тим привабливого вабила його до себе найбільша таємниця живої природи. На яких внутрішніх властивостях організму засновані інстинкти? Після відкриття в 1951 -1953 рр. Дж. Д. Уотсоном, Ф. Криком і М. Вілкінсом структури ДНК це питання конкретизировался, і зараз він звучить так: як закодовано в генах вроджене поведінка і як вони управляють їм?
Найбільш яскравий і змістовний відповідь на це питання дала група американських нейробіологів під керівництвом Е. Кендел. Вони досліджували у морського равлика аплізіі таку ж форму поведінки, як і у сфекса, - відкладання яєць. Кладка яєць аплізіі, - розповідають учасники цих дослідів - являє собою шнур, що містить понад мільйон яєць. Як тільки під дією скорочуються м'язів протоки гермафродитної залози, де і відбувається запліднення, яйця починають виштовхувати назовні, равлик припиняє рухатися і харчуватися. Частота дихання і серцебиття у неї зростає.
Улітку захоплює шнур яєць ротом і, рухаючи головою, допомагає йому вийти з протоки, а потім закручує в моток. Нарешті рухом голови тварина прикріплює кладку до твердій основі.
Е. Кендел і І. Купферман знайшли в черевному ганглії (т. Е. Скупченні нейронів) аплізіі так звані пазухи нервові клітини. З них отримали екстракт і ввели його в організм інших равликів. І ось виявилося, що влада якихось речовин з цього екстракту над поведінкою молюсків була така велика, що равлики негайно починали відкладати яйця, навіть якщо термін їх дозрівання ще не підійшов. Більш того, і незапліднені равлики, отримавши такий екстракт, здійснювали окремі руху з ритуалу відкладання яєць.
Вчених зацікавили речовини, складові діючий початок екстракту пазушних клітин. Ними виявилися 4 пептиду (т. Короткі ланцюжки з амінокислот), один з яких отримав назву ГОЯ - гормон відкладання яєць. Відразу зауважимо, що це відкриття не було повною несподіванкою. Серед інших біологічно активних речовин пептиди зараз досліджуються найбільш інтенсивно.
Адже ці білки-крихти, діючи в незначних кількостях, регулюють практично всі життєво важливі процеси організму: харчування, дихання, виділення, розмноження, терморегуляцію, сон і т. Д. Число пептидів, виділених з різних тканин, вже перевищило 500. Багато з них синтезуються в нервової тканини і безпосередньо керують поведінкою.
Така ж виявилася і роль «пазушних» пептидів аплізіі. Американські вчені знайшли в нервовій системі аплізіі 7 нейронів, на які ці пептиди мають найбільш сильний і виборче дію. На думку біологів, ці 7 клітин виконують роль командних нейронів. Інакше кажучи, вони керують іншими нервовими клітинами аплізіі, що входять в ту функціональну систему, яка забезпечує відкладання яєць. У будь-який аплізіі ці клітини під дією «пазушних» пептидів починають одночасно генерувати електричні імпульси, причому звучання їх електричної «мови» в цьому випадку зовсім інше, ніж в інших випадках, коли ці нейрони подають електричний «голос».
Крім запуску цих командних нейронів у четвірки пептидів з пазушних клітин знайшлися і інші професії, тісно пов'язані заради однієї кінцевої мети - відкладання яєць. Один пептид уповільнює серцевий ритм. Інший скорочує проток гермафродитної залози, щоб шнур вийшов назовні. Третій пригнічує у равлики апетит, щоб ненажерлива матуся НЕ пообідала власним потомством.
З статевої системи равлики Ф. Штрумвассер і його колеги виділили ще 2 пептиду. Їх назвали пептид А і пептид Б.Вони-то і змушували пазухи клітини виділяти четвірку пептидів, про які тільки що було розказано. Завдяки цьому відкриттю стали зрозумілішими механізми запуску функціональної системи відкладання яєць.
Таким чином підтверджувалося, що саме пептиди «скликають» в одне робоче об'єднання нервові клітини, відбираючи з безлічі можливих з'єднань нейронів ті, що підвладні їх дії, і включаючи їх у функціональні системи. Разом з нейронами пептиди об'єднують в співдружність також і периферичні клітини. В результаті скоординованої пептидом діяльності всього цього величезного клітинного ансамблю і досягається корисний результат поведінки.
Здавалося б, все тут логічно і продумано. Але насправді дуже важливе питання залишався невирішеним до тих пір, поки нейробіологи не почали працювати з розшифрованими генами.
За чиїм «наказу» вся четвірка пептидів починала в строгій черговості виділятися пазушними клітинами? Під дією пептидів А і Б? Зрозуміло. Але ж ці речовини тільки запускали в пазухах клітинах якийсь таємничий механізм. Так як же він діє?
Питання це дуже важливий. Адже варто було цієї черговості і пропорційності у виділенні пептидів, а на ній щось і побудовано жорстке програмування інстинктивного поведінки аплізіі, хоч у чомусь порушитися, і ніяких яєць вона б не відклала. Очевидно, це сталося б і з сфекс, де теж вгадується «почерк» якоїсь групи пептидів.
Нейробіологи спочатку припустили, а потім довели, що синтез пептидів з однієї функціональної групи природа доручає одному і тому ж гену або, принаймні, кількох генам, але тісно взаємопов'язаним спільністю регуляторних механізмів.
Застосувавши методи генної інженерії, американські дослідники виділили і повністю встановили нуклеотидную послідовність для трьох генів аплізіі. Перший «друкував» в строго визначеної послідовності четвірку пептидів пазушних клітин. Два інших гена синтезували пептиди А і Б. Аналіз нуклеотидної послідовності цих генів виявив повторювані ділянки. Це вказує на те, що всі три гена походять від одного попередника. В процесі еволюції він, ймовірно, піддавався мутацій. Наприклад, кількість копій цього гена могло збільшитися (дупліціроваться). За рахунок нових мутацій, які зачіпають вже новостворені гени, вони починали власну еволюцію. В результаті Дуплікація генів через утворення нових пептидних сімейств приводила і до збільшення числа функцій організму, наприклад програм вродженого поведінки.
Важко переоцінити значення цієї роботи для біології. Вдалося розвинути і продовжити ідею про системоутворюючою ролі пептидів. Стало ясно, як вони опосередковують на різні клітини дію «генеральних збирачів» функціональних систем-генів. Зрозуміліше став еволюційний шлях, що веде від генетичних мутацій до множення і ускладнення програм інстинктивного поведінки.
Утім, як не привабливі були ці гіпотези, їх ще потрібно підтвердити на інших тварин крім аплізіі. Лише тоді можна було б говорити про загальності в природі принципу контролю над цілісної реакцією організму одного гена, що кодує групу функціонально пов'язаних пептидів. І це вже вдалося зробити.
Американські вчені Н. І. Тублітц і його колеги довели, що кілька взаємопов'язаних генів кодують групи пептидів, які керують кінцевою стадією метаморфоза тютюнової молі - виходом комахи з лялечки. Запускає цю жорстку поведінкову програму один великий пептид. Він синтезується в нервовій системі і починає виділятися в кров за два з половиною години до вилуплення молі. Вибравшись з лялечки, комаха розправляє крила. Керують цими процесами три інших пептиду. Два з них сприяють наповненню кров'ю грудних судин, звідки вона затікає в кровоносні судини крил і розправляє їх.Третій пептид діє на сполучну тканину крил. Поки вони розправляються, він надає їм пластичність, а потім - постійну жорсткість.
З 1980 по 1983 р в лабораторіях професора С. Нума (Японія) і доктора П. Сібурга (США) встановлено послідовність гена, що друкує білок препроопіомеланокортін. У мозку ця величезна молекула розрізається ферментами на кілька коротких ланцюжків - пептидів. В організмі тварин і людини пептиди препроопіомеланокортіна утворюють єдину функціональну систему. З її дією ми всі знайомі. Завдяки їй наш організм відповідає на сильні і несподівані подразники вродженої реакцією - стресом.
Один пептид з сімейства препроопіомеланокортіна збільшує секрецію глюкокортикоїдних гормонів надниркових залоз. Вони в свою чергу підвищують кровообіг в м'язах, посилюють їх скорочувальні здібності, збільшують рівень глюкози в крові. Інший пептид стимулює розщеплення жиру. За рахунок глюкози і жирів мобілізується запасна енергія. Третій пептид посилює секрецію інсуліну і забезпечує використання глюкози тканинами. Четвертий гасить біль. Саме тому навіть сильні травми під час хвилювання, стресу ми помічаємо не відразу. Таким чином природа дає можливість живим істотам в екстремальній ситуації довести до кінця головна справа, а потім зайнятися «самолікуванням». Нарешті, останній пептид підвищує увагу і рівень неспання мозку, що теж корисно в будь-якій життєвій ситуації.
Отже, воістину «золоті яйця» принесли вченим сфекс і аплізіі. Спостерігаючи в минулому столітті за поведінкою хижої оси, Ж. Фабр відкрив головні зовнішні закономірності вродженого поведінки. Приблизно через сторіччя американські нейробіологи в загальних рисах встановили молекулярно-генетичний механізм, завдяки якому мозок зберігає і реалізує програми вродженого поведінки.
Однак робота в цьому напрямку тільки починається. Адже вроджене поведінка ссавців, яке-то і служить кінцевою метою всіх досліджень науки про мозок, насправді ніколи не буває так жорстко запрограмоване, як реакції сфекса, аплізіі або тютюнової молі. Значення факторів зовнішнього середовища, які помітив ще Ж. Фабр, спостерігаючи за хижої осою, в інстинктивному поведінці теплокровних тварин незрівнянно більше. А відповідно і принципи генетичного контролю складніше, пластичнее і в чомусь вже інші.
