Рассказ предка. Паломничество к истокам жизни - Ричард Докинз

Одно из первых научных описаний утконоса принадлежит сэру Эверарду Гому (Хому). Оно опубликовано в “Философских трудах Королевского ощества” за 1802 год. Гом, словно глядя в будущее, заметил, что ветвь тройничного нерва, иннервирующая лицо,

Но сэр Эверард Гом не знал главного. Великий канадский нейрохирург Уайлдер Пенфилд опубликовал карту человеческого мозга, на которой отображено представительство в нем различных частей тела. Здесь вы видите карту участка мозга, который обеспечивает управление мышцами в различных частях тела. Подобную карту Пенфилд составил для участков мозга, отвечающих за осязание. Самое замечательное в обеих картах – огромные руки. Очень крупным выглядит и лицо, особенно его участки, управляющие челюстями.

Но при взгляде на гомункула Пенфилда мы в первую очередь обращаем внимание на руку. Ниже схема представлена в ином виде.

Части тела гротескного человечка пропорциональны их представительству в мозге.

К чему я веду? “Рассказ Утконоса” не был бы написан, если бы не работа австралийского нейробиолога Джека Петтигрю и его коллег, например Пола Мэнгера. Один из их интереснейших экспериментов – это модель “утконункула”, аналог гомункула Пенфилда. Утконункул выполнен гораздо тщательнее гомункула, реконструированного на основе очень скудных данных. Утконункул – результат обстоятельной работы. В верхней части мозга – три маленьких карты: это представительства сенсорной информации, получаемых различными областями мозга. Для животного важна упорядоченность пространственного соответствия между частью тела и участком мозга.

Обратите внимание: размер лап, окрашенных на всех трех картах в черный цвет, примерно соответствует их реальному размеру, в отличие от Пенфилдова гомункула с его непропорционально большими руками. У утконункула непропорционально велики не лапы, а клюв. Клюв на схемах представлен обширными областями. Если в человеческом мозге больше всего места занимают руки, то в мозге утконоса – клюв. Похоже, сэр Эверард Гом высказал верное предположение. Но, как мы сейчас увидим, кое в чем клюв даже лучше рук: он может “ощупывать” предметы, не прикасаясь к ним. Делает он это с помощью электричества.

Когда животное, например пресноводный рачок (обычная пища утконоса), задействует мышцы, его тело неизбежно генерирует слабое электрическое поле. При наличии чувствительной аппаратуры эти поля можно обнаружить, особенно в воде. А при наличии вычислительной мощности для обработки сигналов от множества датчиков можно найти и источник. Утконос, конечно, делает это не так, как сделал бы математик или компьютер. Но все же некий участок его мозга выполняет необходимые вычисления, так что утконосу в результате добыча обеспечена.

Электросенсорный мир утконоса. Manger and Pettigrew [181].

По обеим поверхностям клюва утконоса расположено около 40 тыс. электрических датчиков, и значительная часть мозга занимается обработкой данных этих сенсоров. Однако кроме этих электрических датчиков, у утконоса около 60 тыс. механических сенсоров. Эти рецепторы давления (push rods) распределены по поверхности клюва. Петтигрю и его коллеги обнаружили в мозге утконоса нейроны, принимающие сигналы от этих сенсоров. Кроме того, они нашли клетки мозга, отвечающие одновременно на электрические и механические сигналы (клеток, которые бы принимали лишь электрические сигналы, пока не обнаружено). Сенсорные клетки обоих видов занимают определенное положение на пространственной карте клюва. Они накладываются друг на друга и образуют аналог зрительной коры мозга человека, слоистость в которой обеспечивает бинокулярное зрение. Петтигрю предполагает, что утконос комбинирует информацию от электрических и механических сенсоров примерно так же, как наш мозг сочетает данные от двух глаз для построения стереоскопической картинки. Как это происходит?

Петтигрю и его коллеги предложили аналогию с громом и молнией. Вспышка молнии и звук грома возникают одновременно. Однако вспышку мы видим сразу, а гром слышим немного погодя, потому что звук перемещается относительно медленно (и, кстати, звук грома становится раскатистым из-за эха). Проследив, сколько времени проходит между вспышкой молнии и раскатом грома, можно вычислить, насколько далеко ударила молния. Возможно, для утконоса электрические разряды, исходящие от мышц жертвы, – аналог молнии, а волны возмущений в воде, вызванные движениями жертвы, – аналог грома. Тогда мозгу утконоса остается оценить временнои интервал между двумя этими явлениями и вычислить расстояние до жертвы. Что ж, звучит правдоподобно.

Что касается точного местонахождения добычи, его можно отыскать, сравнив сигналы от разных рецепторов. Предположительно этому помогают движения клюва из стороны в сторону – по аналогии с рефлектором радиолокационной антенны. Имея огромное количество датчиков, которые проецируются на мозг, утконос, вероятно, способен составить детальную трехмерную картину электрических возмущений вблизи себя.

Петтигрю с коллегами составил карту, на которую нанесены изолинии электрочувствительности клюва утконоса. Забудьте об утках: лучше вспомните “Нимрод”. Представьте себе огромную руку, ощупывающую предметы, не прикасаясь к ним, или вообразите вспышки молний и раскаты грома в австралийской тине.

Утконос – не единственное животное, обладающее электрической чувствительностью. То же самое умеют многие рыбы, включая веслоноса (Polyodon spathula). Формально костистая рыба, веслонос – как и его родственники, осетровые рыбы, – вторично приобрел хрящевой скелет, как у акул. Однако, в отличие от акул, веслоносы живут в пресной воде, часто в мутных реках, где от глаз мало пользы. “Весло” напоминает верхнюю челюсть клюва утконоса (хотя это не челюсть, а вырост черепа). Это “весло” может быть чрезвычайно длинным – до трети длины тела. Оно напоминает мне нос “Нимрода” даже сильнее, чем клюв утконоса.

Очень заметное “весло” явно играет важную роль в жизни рыбы. И действительно, оно выполняет ту же функцию, что и клюв утконоса, то есть улавливает электрические поля, исходящие от добычи. Как у утконоса, электрические сенсоры веслоноса находятся в порах, расположенных линиями вдоль “весла”. Однако возникли эти системы независимо. Электрические поры утконоса – это модифицированные слизистые железы. У веслоноса электрические поры очень похожи на поры, которыми пользуется акула. У нее эти поры называются ампулами Лоренцини, так что поры веслоноса назвали так же. Но если у утконоса чувствительные поры расположены примерно в дюжине узких линий вдоль клюва, у веслоноса две широкие линии по обеим сторонам от срединной линии “весла”. Пор у веслоноса даже больше, чем у утконоса. И оба животных гораздо чувствительнее к электричеству, чем любой из их сенсоров в отдельности. Видимо, они производят нечто вроде сложного суммирования сигналов, поступающих от сенсоров.