Том Джексон - Взламывая биологию

Знаменитые эксперименты Ивана Павлова с собаками стали первым системным исследованием обучаемости у животных. Как часто бывает в науке, тему для изысканий ему подсказал случай.

Русский физиолог Иван Петрович Павлов начинал не как бихевиорист, а как специалист по пищеварению. В 1904 г. он получил Нобелевскую премию по медицине за работу об участии блуждающего нерва в регуляции выделения пищеварительного сока. Павлов изучал пищеварение у собак, замеряя у своих подопытных количество слюны, выделяемой в качестве реакции на пищу. Однажды он заметил, что слюноотделение у собак началось прежде, чем принесли еду – в момент, когда вошел в комнату его ассистент, обыкновенно кормивший животных.

Американский психолог Б. Ф. Скиннер был одним из основоположников радикального бихевиоризма. Он анализировал поведение животных с помощью ящика, названного в его честь. Животное – чаще голубь – помещалось внутрь. Ученый поощрял его едой или наказывал электрошоком, и так оно приобретало навыки. Скиннер показал, что может научить голубя выполнять те же задачи, что и обезьяну. Означает ли это, что голуби столь же умны? Скиннер так не думал. Он утверждал, что поведение определяется последствиями предыдущих действий и не требует участия интеллекта. Он даже предположил, что сознание человека – это условный фасад, создающий впечатление, что мы контролируем наши поступки.

Павлов сконцентрировался на рефлексе слюноотделения у собак, так как его было проще определить количественно. Слюна собиралась при помощи трубок.

Павлов рассудил, что слюноотделение у собак происходит инстинктивно, то есть оно было заложено в мозге. Он назвал это безусловным рефлексом. А выделение слюны при виде ассистента – это, стало быть, выученное поведение, или условный рефлекс. Собаки запомнили, что за появлением ассистента следует еда. Следующие 20 лет Павлов изучал реакции собак. В своем классическом опыте он использовал колокольчик в качестве нейтрального стимула (изначально реакция отсутствовала). Собаки стали выделять слюну при звуке колокольчика, который возвещал о том, что вскоре последует пища. Еду нужно было подавать достаточно быстро, чтобы реакция закрепилась. Тем не менее условный рефлекс можно и утратить. Едва собаки выучивали, что колокольчик перестал сигнализировать о кормлении, слюноотделение при его звуке больше не наблюдалось. Павлов также опробовал звонок, стук метронома и даже электрошок. Его исследования дали почву для того предположения, что все виды поведения – это либо врожденные рефлексы, либо приобретенная реакция на награду или наказание.

Бихевиористы изучают условные реакции, но признают и роль наследственности в них. Радикальные же бихевиористы утверждают, что любое поведение объясняется обстоятельствами.

Прорастание – это пробуждение семени, его развитие и превращение в молодое растение. Это маленькое чудо оставалось загадкой до ХХ в.

Большинство привычных нам растений относятся к отделу покрытосеменных, или цветковых. Их семена развиваются внутри завязи, из которой в свою очередь формируется плод (это не обязательно что-то съедобное). А голосеменные, например хвойные деревья, производят семена внутри шишек.

Семена цветущих растений покрыты плотной наружной семенной оболочкой. Внутри находятся зародыш и запас питательных веществ, который либо содержится в семядоле, либо скрыт в эндосперме. В зависимости от числа семядолей покрытосеменные растения подразделяют на однодольные и двудольные. У зародыша есть неразвитый стебель – эпикотиль, и корешок – радикула.

Растения тянутся к свету, чтобы активизировать процесс фотосинтеза. Это называется фототропизмом. Гормон роста ауксин, чувствительный к свету, в основном концентрируется на теневой стороне растения. Клетки на теневой стороне быстро удлиняются, а на световой стороне в отсутствие ауксина не растут. В результате стебель наклоняется к солнцу. Если семя прорастает в тенистом месте, ауксин стимулирует рост клеток стебля, побег выпрямляется и быстро растет вверх, к свету.

Когда свет находится с одной стороны, ауксин, сконцентрированный в клетках на противоположной стороне стебля растения, стимулирует рост к свету.

Семя – это миниатюрная система жизнеобеспечения внутри прочной оболочки, защищающей зародыш и запас питательных веществ. Английский натуралист Чарлз Дарвин и его сын Фрэнсис одними из первых исследовали процесс прорастания в 1880-х гг.

Чтобы прорасти, семенам нужны тепло, влага и кислород. Если все это присутствует – как, например, в тропических лесах, – семена прорастают быстро. Если соблюдены не все условия, семя может пребывать «в спячке» в течение месяцев и даже лет. Это состояние удерживает семя от прорастания осенью: так его не убьют зимние холода. Некоторым семенам требуются особые условия, например низкие температуры или большое количество солнечного света. А иногда им необходимо пройти через кишечник животного, чтобы сошла семенная оболочка.

Если все условия соблюдены, появляется росток. Предварительно семя впитывет воду и набухает так, что наружняя оболочка лопается. Запас питательных веществ преобразуется в энергию для роста. Радикула закрепляется в почве. Почка (побег) тянется вверх, поднимая на себе семядоли. Корни молодого растения впитывают воду и минералы, а зеленые части начинают производить энергию при помощи фотосинтеза.

Модельные организмы – это виды, которые широко используются в лабораторных исследованиях, так как их легко разводить и содержать. На их примере изучают поведение животных и генетику.

Модельные организмы, а именно плодовые мушки, помогли Томасу Ханту Моргану совершить революционное открытие: установить, что признаки наследуются при помощи хромосом. В начале 1900-х гг. Морган в своей лаборатории в Колумбийском университете, получившей прозвище «комната мух», несколько лет кряду разводил в сосудах дрозофил Drosophila melanogaster . Они были выбраны для генетических исследований потому, что быстро размножаются и часто дают мутации, что позволяет исследовать генетику в действии. Морган разводил особей с разным цветом глаз и формой крыльев и искал различия в их хромосомах.