Александр Харс - Я познаю мир. Биология

Сильные микроскопы позволили рассмотреть детали роста нервных волокон. Сначала из тела нервной клетки начинает выпячиваться отросток, чуть–чуть утолщенный на переднем конце. Его называют конусом роста. Он, как корешками, покрыт тонюсенькими, но очень длинными выростами, которые быстро развиваются, вытягиваются и глубоко проникают в окружающую ткань. Эти выросты и являются проводниками для растущего волокна. Они тянутся ко всем ближайшим клеткам, их отросткам, даже к выростам, этих отростков и прикрепляются к ним.

image l:href="#image61.png"

Центральная нервная система насекомого: 1 – протоцеребрум; 2 – дейтоцеребрум; 3 – тритоцеребрум; 4 – нерв ноги; 5 – сегментарные нервы брюшка; 6 – анус; 7 – непарный нерв симпатической системы; 8 – брюшной ганглий; 9 – ганглий среднегруди; 10 – крыло; 11 – нерв крыла; 12 – ганглий переднегруди; 13 – подглоточный ганглий; 14 – тритоцеребральная комиссура; 15 – усик; 16 – глаз; 17 – оптическая область мозга; 18 – глазок

Обычно соединения с соседними клетками бывают непрочными, и когда через некоторое время вырост, как сильно растянутая пружина, начинает сокращаться, то легко от них отцепляется. Только когда вырост наткнется на нужный ему нейрон или его волокно, он вбуравливается в его оболочку и так прочно закрепляется, что отцепиться уже не может. Теперь, сокращаясь, он подтягивает конус роста к облюбованной клетке. В общем, выросты для нервного волокна играют такую же роль, как поводок для воспитанной собаки: куда он ее потянет, туда она и бежит. Когда развитие нейрона закончится, выросты атрофируются.

Как же «узнает» вырост ту клетку, к которой ему необходимо прочно прикрепиться? Оказывается, обследуя соседние клетки, вырост ищет на их теле белковые молекулы–метки. Они и помогают выросту закрепляться на клеточной оболочке. Опознают метку специальные молекулы, имеющие к ней сродство. Они находятся в оболочке кончика выроста. Интересно, что нервные клетки мозга даже таких мелких созданий, как мушки–дрозофилы, используют сотни, а может быть, и тысячи типов молекул–меток и такое же количество опознающих их белков.

Наличие этих молекул для каждой нервной клетки может быть временным явлением. Дотянулся конус роста какого–то нейрона до определенного участка мозга, и сразу значение приведших его сюда молекул–меток и опознающих белков утрачивается. Теперь на конусе роста появляются новые выросты, снабженные совершенно другими опознающими элементами, которые будут искать дорогу дальше, ориентируясь с помощью молекул–меток нового типа.

Механизм поиска растущего нейрона работает безукоризненно. Вот несколько зарисовок из истории развития нервной системы саранчи. У крохотного эмбриона имеются зачатки 17 нервных ганглиев. Большинство из них содержит по 30 зачаточных клеток. Они многократно делятся, и каждая дает начало целому семейству из 6–100 нейронов. В результате формируется ганглий, содержащий положенную тысячу нервных клеток. К восьмому дню жизни эмбриона около 100 его нейронов успевают вырастить свои отростки, которые объединяются в 25 пучков, образующих прямоугольную структуру, напоминающую лестницу.

image l:href="#image62.png"

Схема поиска нейроном нужной клетки

Ученые сумели проследить, как в этом, уже достаточно сложном ганглии растущий отросток нервной клетки, взятой под наблюдение, находит предназначенный ему путь. Оказалось, что его выросты обследуют практически все нервные волокна, пока не найдут нужный им пучок из четырех аксонов, Представляете, какая точность: выбор из 25 возможных вариантов! Но на этом дело не кончается. Выросты аксона изучаемой нервной клетки интересуются не всеми четырьмя волокнами обнаруженного пучка, а только двумя из них. Они растут рядом, тянутся в том же направлении и обвиваются вокруг этих волокон, пока не окажутся в том районе, где им положено находиться.

Развитие многоклеточного организма заключается не только в увеличении числа его клеток и овладении ими разными «профессиями». Оказывается, и сами клетки, если они хотят стать настоящими «профессионалами», должны развиваться. Особенно это касается нервных клеток, которые в будущем возьмут на себя функцию проводников нервных импульсов на большие расстояния.

Работа нервных клеток сопровождается электрическими реакциями. В наших квартирах и на производстве все проводники, по которым течет ток, надежно изолированы. Это абсолютно необходимо. Нервным клеткам мозга тоже требуется надежная изоляция. В нервной системе для этого используется жироподобное вещество – миелин. Он служит изоляцией для нервных волокон, входящих как в состав нервов, так и в состав мозга.

У высших позвоночных животных белое вещество мозга, представляющее собой скопление нервных волокон, больше чем наполовину состоит из миелина. Нарушения в образовании миелина приводят к тяжелым заболеваниям.

image l:href="#image63.png"

Аксон, покрытый миелиновой оболочкой: 1 – перехват Ранвье; 2 – митохондрии

Миелин покрывает длинный отросток нервной клетки – аксон –надежной оболочкой, предотвращающей электрические контакты между плотно упакованными нервными волокнами в нервах.

Оболочку образуют не сами нервные волокна, а особые шванновские клетки,которых в мозгу примерно раз в десять больше, чем нервных. Когда нервное волокно установит контакт с какой–то из клеток мозга, с каким–нибудь нервным волокном или мышцей, оно начинает воздействовать на ближайшие к нему шванновские клетки, которые тут же начинают расти, уплощаются и накручиваются на нервное волокно примерно так же, как мы бинтуем руку или палец. На один виток шванновская клетка затрачивает около 45 часов. Так идет этот процесс в пробирке, когда в особом бульоне находятся нервные и шванновские клетки. Возможно, в организме этот процесс осуществляется быстрее.

image l:href="#image64.png"

Схема строения изолированного нервного волокна: 1 – аксон; 2 – шванновская клетка; 3 – ядро шванновской клетки

По мере образования новых витков цитоплазма шванновской клетки сжимается. Зрелая миелиновая оболочка состоит из нескольких слоев этого живого «бинта». Каждая шванновская клетка изолирует всего лишь 1–2 миллиметра нервного волокна. Между его защищенными участками всегда остаются маленькие промежутки – перехваты Ранвье, где волокно остается ничем не защищенным.

Миелин играет в работе нервной системы важную роль. Он ускоряет проведение по нервному волокну нервного импульса. В состоянии покоя внутренняя сторона оболочки нервного волокна заряжена отрицательно, а наружная – положительно. Происходит это благодаря скоплению внутри волокна отрицательно заряженных, а снаружи положительно заряженных атомов (ионов).