Виктор Вайскопф - Наука и удивительное [Как человек понимает природу]

Очень важный факт в эволюции живых структур — это ненаследование свойств, приобретенных отдельным индивидуумом. Изменение в строении тела, которое претерпевает отдельное существо, никогда не передается потомству. Можно отрезать хвосты всем представителям некоторой породы животных и продолжать отрезать хвосты их потомкам, и все же у новорожденных будут хвосты. Причина очевидна. Изменение в строении тела не действует на нуклеиновые кислоты в клетках, которые содержат проект новых индивидуумов. Пока хвост имеется в плане, он будет развиваться у потомков, независимо от того, что случилось с хвостом родителей.

Вернемся теперь ко второму изменению на Земле, произведенному растительным покровом, а именно к кислороду в атмосфере. Вспомним, что образование белков и нуклеиновых кислот требует энергии. Энергия поставляется специальными белками, которые регулируют процесс превращения (сгорание) сахара в двуокись углерода и воду и могут запасать энергию в виде малых порций в молекулах АТФ. Сгорание сахара без должного количества кислорода затруднено. Атомы кислорода содержатся в самой молекуле сахара, они могут быть использованы при горении. Этот тип горения, который использует сам сахар, называется ферментацией; он не является эффективным способом получения энергии от сахара. Когда появился свободный кислород в атмосфере, стало гораздо легче сжигать сахар в клетке и запасать энергию в молекулах АТФ. Возникли новые единицы, которые использовали атмосферный кислород, производя энергию. Это привело не только к более быстрому росту клеток, но и создало избыток энергии, который мог быть использован в движущихся частях живой единицы. Развились мускулы, они дали возможность конечностям двигаться, совершая работу по передвижению и собиранию пищи.

В таких больших многоклеточных единицах, которые мы называем животными, воздух не может легко проникать через клетки тела. Поэтому следующее изменение в программе привело к существам, приспособленным гораздо лучше: развилась система артерий, по которым сквозь тело прокачивается жидкость, содержащая специальные красные кровяные клетки. Эти клетки легко поглощают кислород и переносят его во все клетки тела, нуждающиеся в нем для производства энергии. Поглощение кислорода происходит в определенных клетках — в легких, которые постоянно наполняются свежим воздухом. Такие животные с системой кровообращения смогли пользоваться кислородом для выработки энергии гораздо эффективнее.

Но наибольший шаг вперед в этом стремлении к лучшему согласованию со средой состоял в образовании нервной системы. Это особая комбинация взаимосвязанных клеток, способных передавать стимулы от одной части живого существа к другой. С помощью этих специальных клеток, органов чувств, через соединительные нейроны можно заставить мускулы координировать передвижение со световыми или звуковыми сигналами, получаемыми существом. В результате существо может многими способами реагировать на изменения в среде так, чтобы пользоваться этим при самозащите и добывании пищи. Структура может передвигаться в сторону света, различать пищу по запаху и форме, избегать опасности, уходя или защищаясь, когда приближаются крупные объекты. Существо приобретает то, что мы называем «поведением».

Развитие нервной системы было столь полезным и успешным, что любая мутация или комбинация при скрещивании, ведущая к увеличению нервной системы, давала все лучшие существа. Так началась непрерывная эволюция в сторону увеличения нервных клеток, которая и привела к образованию мозга. Этот орган является скоплением большого числа взаимосвязанных нервных клеток, способных к накоплению стимулов, полученных существом. Это накопление было началом того, что называется памятью. Действие, которое первоначально имело хороший результат в отношение захвата пищи или предупреждения боли, сохраняется в памяти и может быть легко повторено в сходных обстоятельствах. Очевидно, что способность «вспоминать» такие ситуации была огромным усовершенствованием живых единиц и помогала в их борьбе за выживание в трудных условиях. Память дала возможность учиться на опыте.

Такая память и способность к обучению не обязательно должны быть очень сложными. С помощью современного электронного оборудования можно легко построить машину с «нервной системой», которая помнит прошлые положения и определяет на этом основании свои действия. Система взаимосвязанных нервных клеток во многом равноценна системе электронных ламп или транзисторов. Система с несколькими тысячами ламп может выполнять весьма впечатляющие действия по запоминанию положений с тем, чтобы избегать их в дальнейшем. Но в действительности даже мозг насекомого устроен гораздо сложнее. Он содержит от десяти до ста тысяч нервных клеток. Человеческий мозг имеет их много миллиардов.

Факт образования мозга был чрезвычайно важным в развитии жизни. До этого живая единица нее реакции на окружающий мир полностью определялись химическим строением. После того как образовался мозг, реакции индивида стали зависеть не только от его строения, но и от предыдущего опыта. Поведение стало определяться не только программой, заложенной в нуклеиновых кислотах, но и тем, что данное существо испытало в течение жизни. Индивидуальная единица формировалась не только в результате своего биологического развития из нуклеиновых кислот, но и под действием окружающей среды на ее поведение.

В ходе развития мозга роль памяти и приобретенного опыта постепенно становилась все важнее. Нервы не только передают стимулы от одной части тела к другой: если они связаны надлежащим образом, они могут и запасать информацию и превращать ее в понятия, которые в дальнейшем вызывают новые действия. Огромное преимущество этого механизма служит высшей наградой за развитие сложных совокупностей нервных клеток. Нуклеиновые кислоты, цепи которых стимулировали рост таких скоплений нервных клеток, привели к развитию преуспевающих живых существ. Так животные распространились по Земле.

Но надо помнить, что поведение, основанное на обучении и памяти, составляет только весьма малую часть всей системы поведения. Большая часть программы поведения примитивных животных предопределена, так как она развивается на основе программы, заложенной в нуклеиновых кислотах. Мы говорим, что поведение унаследовано. Птицы строят свои гнезда, вскармливают птенцов и перелетают зимой на юг по инстинкту. Эти формы поведения не выученные: они врожденные. Нервные комплексы, стимулирующие эти действия, формируются уже в растущем теле. Реакции, приобретенные обучением, малочисленны. Птицы обучаются некоторым видам щебетания, некоторые высшие животные научаются охотничьим уловкам. Но важнейшие реакции животных врожденные, это доказывается способностью большинства видов новорожденных животных вести в дальнейшем обычную жизнь без всякого контакта с себе подобными. Поэтому как строение тела, так и общественное поведение каждого индивидуума заложены в коде (программе) клетки. Вид и поведение предопределены в нуклеиновой кислоте. Они повторяются в каждом новом поколении и меняются только под влиянием мутации. Поведение меняется так же медленно, как строение тела. Муравьи и пчелы имеют одну и ту же общественную структуру столь же долго, как они существуют в качестве данных видов, и это распространяется на многие тысячи поколений. То же относится и к высшим животным.