7 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Ни в одной науке не найдешь столько неразгаданных зага­док и нераскрытых тайн, как в биологии. В настоящее время еще не известно, где расположены, что представляют собой и как работают биологические часы различных живых организ­мов. Не известно, как функционируют механизмы ориентации, о которых мы только что упоминали. Многое еще предстоит от­крыть из того, чем уже давно располагает дивная природа. Однако кое-что мы узнали.

Благодаря величайшему открытию нашего соотечественни­ка А. С. Попова в течение первой половины нашего столетия техника сделала гигантский скачок в освоении разнообразных физических методов обнаружения, измерения и регистрации сигналов всех известных видов энергии: механической, аку­стической, тепловой, электрической, оптической и других.

Создание электронного усилителя и на его основе катодно­го осциллографа позволило осуществить абсолютно безинер­ционную регистрацию сигналов, мощность которых ничтожно мала. А разработанные учеными преобразователи различных видов энергии в электрическую привели уже к привычной об­щей схеме прибора обнаружения.

Необычайное разнообразие технических средств обнаруже­ния сдвинуло основные научные интересы биологов, по край­ней мере в области физиологии, в сторону изучения органов чувств живых существ, т. е. тех средств обнаружения, которы­ми располагает сама живая природа. Постепенно стало ясно, что ни одна более или менее сложная функция организма не может успешно осуществляться без использования этих средств. И дальнейшие исследования открыли много новых удивительных сторон живой природы.

Так, ученые выяснили, что у рыбок, которые предсказывают погоду (впрочем, как и у многих их родичей), плавательный пузырь несет на себе не одну, а две очень важные функции. Одна из них обычная. Выделяя газы в плавательный пузырь или вновь всасывая их, рыбка может изменять среднюю плот­ность своего тела и таким образом удерживается на той или иной глубине.

Другая функция, которая предупреждает рыбок о надвига­ющейся опасности и тем самым делает их незаменимыми ме­теорологами, заключается в том, что плавательный пузырь с отходящей от него трубкой служит у этих рыб и чувствитель­нейшим прибором для восприятия тончайших перепадов дав­ления. Он дает различные сигналы при изменениях в давлении надводной атмосферы, измеряемых сотыми долями миллимет­ра ртутного столба. Этот замечательный прибор реагирует не столько на само давление, сколько на его изменение. Он наи­более чувствителен к медленным колебаниям давления. Такие медленные колебания давления называются инфразвуковыми волнами.

Физики установили, что эти волны очень слабо затухают при распространении в воде и поэтому могут служить для осу­ществления подводной связи. Вполне может быть, что япон­ские рыбки используют их и с таким назначением. Во всяком случае, надо сказать, что под водой заметить находящуюся еще на расстоянии опасность или пищу не так-то просто.

У рыб есть обычные глаза, но хорошо известно, что види­мость в воде довольно ограничена и она быстро уменьшается с глубиной. Поэтому не удивительно, что у некоторых видов водных животных иногда встречаются органы восприятия со­вершенно иного, непривычного нам характера.

Так, у многих рыб сравнительно недавно была обнаружена чувствительность к электрическим полям, как создаваемым са­мими рыбами, так и возникающим при определенных условиях в окружающей среде. Это своего рода «электрические глаза», ибо они позволяют их хозяевам улавливать электрические сиг­налы на расстоянии. Правда, человек тоже реагирует на элек­трические воздействия, но, во-первых, это происходит только при непосредственном соприкосновении, а во-вторых, эта реак­ция оборонительная. Чувство «электричества» не входит в группу нормальных ощущений человека.

Рыбы, о которых идет речь, обладают специальными элек­трическими органами, испускающими низковольтные импуль­сы с частотой следования в пределах 60—400 импульсов в се­кунду. Рыбы используют эти сигналы для ориентировки по от­ношению к различным внешним объектам, обнаруживая изме­нения в характере собственного электрического поля, которые вызывают эти объекты. Пороговое изменение градиента поля в воде, которое улавливает «электрический глаз» рыбы, сос­тавляет приблизительно 0,003 милливольта на миллиметр. С помощью такого «глаза» рыба способна на расстоянии отли­чать находящиеся в аквариуме проводники от непроводников. Она реагирует на перемещение небольшого электрического за­ряда, возникающего, например, при проведении расческой по волосам человека, стоящего вблизи аквариума.

Одна из этих рыб — мормирус, обитающая в Ниле, обла­дает электрическим органом — своеобразной батареей, распо­ложенной у основания хвоста (напряжение «батареи» дости­гает 4—6 вольт). Возникающие при разряде батареи электро­магнитные колебания поступают в водную среду и, отражаясь от окружающих предметов, воспринимаются приемником, рас­положенным в зоне спинного плавника. Аналогичными органа­ми обладают и некоторые другие рыбы — электрические угри и гимнотиды (Южная Америка), причем последние пользуют­ся средствами «электролокации» для нахождения пути через скопления водорослей.

Подробное изучение всех этих явлений, возможно, позво­лит создать новые принципы построения подводных локацион­ных устройств для различных целей.

Киты, дельфины имеют «гидролокационные» органы, кото­рые применяются ими при поисках добычи, заменяя им зрение. Изучение этих органов представляет интерес главным обра­зом с точки зрения создания технических систем высокой чув­ствительности и избирательности при относительно малых раз­мерах и мощностях, так как по этим параметрам лучшие при­боры, созданные человеком, значительно уступают природным.

Почти ко всем насекомым мир доходит иначе, чем к нам. А ведь по числу видов они намного превосходят остальных жи­вотных. В природе имеется около 600 тысяч видов насекомых.

Солнечным летним днем в поле или на опушке леса многие из вас слышали веселую песню кузнечиков. Но далеко не каждый знает, что обыкновенный маленький кузнечик лучше всего воспринимает звуки. Его «уши», которые помещаются на передних лапках, позволяют с предельной точностью устано­вить местонахождение источника звука. Существует разновид­ность кузнечиков, которые воспринимают звуки не при помощи четко дифференцируемых слуховых органов, а благодаря виб­рации, которую эти звуки передают в тело. Физиолог Аутрум в серии чрезвычайно тонких экспериментов показал, что эти кузнечики реагируют и на такие колебания, амплитуда кото­рых не превышает половины диаметра атома водорода. Это значит, что от таких кузнечиков не может ускользнуть ника­кое сотрясение вещества.

У насекомых существуют многочисленные типы глаз. А не­которые из них и вовсе слепы. Особенно много слепых насеко­мых среди живущих в земле. Слепы и муравьи. Они живут в мире запахов. Термитов окружает мир вкусов и осязания. Они тоже слепы. Гусеницы обладают простыми глазами, которые состоят из немногочисленных фасеток. Некоторые насекомые наделены сложными глазами, которые могут достигать огром­ного развития и покрывать почти всю площадь головы, как, например, у стрекоз. Сложные глаза и простые глазки состоят из одних и тех же составных частей — омматидий. Оммати­дии — это мельчайшие трубочки, окруженные оболочкой из пигмента. За прозрачной роговицей лежит хрусталик-линза, а под ним светочувствительные клетки. От этих-то клеток и от­ходят нервные волокна, сложными путями достигающие опре­деленных участков мозга. Свет, падающий на омматидий, сла­гается в общее довольно расплывчатое изображение. Омма­тидий одного и того же глаза сильно различаются по своей форме и величине. Даже способ их связи с центральной нерв­ной системой неодинаков на всей поверхности глаза. Поэтому, если судить с точки зрения человека, глаз насекомого как оп­тический прибор очень далек от совершенства.

Однако эти глаза удивительно приспособлены к образу жизни насекомых. Они в совершенстве реагируют на движе­ние внешних объектов. Физиолог Аутрум, о котором уже упо­миналось, один из крупнейших ученых в области изучения ор­ганов чувств насекомых, специально исследовал эту способ­ность насекомых видеть движение. Тончайшие электроды, вве­денные в глаз пчелы, были связаны с осциллографом. Сначала глаз раздражали отдельными короткими вспышками света. На экране прибора всякий раз появлялись небольшие светя­щиеся всплески. Глаз на световое раздражение давал электри­ческий ответ: один электрический всплеск на включение света, другой — на его выключение. По этой реакции ученый судил, различает ли глаз вспышки света, которые следовали одна за другой. Вначале при каждой вспышке глаз передавал электро­дам ток реакции. Затем Аутрум увеличивал частоту вспышек до тех пор, пока на экране стало отмечаться лишь одно откло­нение в самом начале освещения и другое — в конце последней вспышки. Такую частоту следования вспышек света называют частотой слития. В этом случае глаз уже перестает отличать следующую одну за другой вспышки света от постоянного ос­вещения. Для пчелы частота слития составила приблизитель­но 300 вспышек в секунду.

Таким образом, если бы мы вздумали устраивать кино для пчел, то для того, чтобы создать у них представления движе­ния, потребовалось бы пропускать киноленту со скоростью около 800 кадров в секунду. У человека слитие изображения происходит при 25 сменах кадров в секунду. Пчелы, по остро­умному определению Аутрума, обладают «лупой времени», увеличивающей число мгновений в секунду времени.

Мир пчел расцвечен яркими красками. Они различают уль­трафиолетовые лучи, воспринимая их как цвет. Эти лучи про­никают сквозь облака, так что пчелы могут хорошо видеть и в пасмурную погоду. Пчела отличает поляризованный свет от обычного, и небо, которое отражает его в значительной мере, представляется ее глазу разделенным на большие темные уча­стки.

У медоносных пчел, которые являются одними из наиболее высокоразвитых насекомых, зрение играет огромную роль в жизни. Летом, когда у пчел очень много забот, в улье всегда можно увидеть «непрестанные разговоры». Именно увидеть, а не услышать. Австрийский ученый Фриш, помещая чашечки с сахарным сиропом на куски цветного картона, приучил ра­бочих пчел подлетать к чашечкам, стоящим на картоне опре­деленного цвета. В процессе своих исследований он установил, что пчелы могут сообщать друг другу о местонахождении ис­точников корма и расстоянии их от улья. Пчела, обнаружив­шая пищу, возвращается в улей с пыльцой и исполняет опре­деленный танец. Если пища находится на расстоянии менее 50 метров, разведчица описывает небольшие круги. При рас­стоянии от 50 до 100 метров пчела проделывает между круго­выми движениями несколько шагов по прямой линии, виляя брюшком. Угол между направлением прямого пробега и вер­тикального сообщает о направлении полета к пище относи­тельно солнца. Если к пище нужно лететь от улья прямо в сторону солнца, прямой пробег направлен вертикально вверх. Если же пища находится в противоположной стороне, прямой пробег направлен вертикально вниз. Если пища находится на 45° правее солнца относительно выхода из улья, то прямой пробег отклоняется на 45° вправо от вертикали и т. д.

Органы чувств у всех животных выполняют функции сигна­лизации организма о событиях, которые протекают во внеш­ней среде и о положении самого животного по отношению к этим событиям. Целесообразное, порой даже осмысленное, по­ведение животных, которое часто поражает наше воображе­ние, представляет собой целую структуру большого числа фун­кций, точно согласованных между собой. Органы чувств вы­полняют одну из этих функций. Их работа — это только перво­начальный этап в осуществлении любого акта поведения. Вся координация, регулирующая и управляющая деятельностью в организме, выполняется нервной системой, мозгом животного. Нервная система имеется у всех животных, начиная с кишеч­нополостных, к которым относятся гидры, медузы, кораллы, актинии и другие.

Великий русский физиолог Иван Петрович Павлов разде­лил всю многообразную деятельность нервной системы на два типа: условнорефлекторную и безусловнорефлекторную, К безусловнорефлекторной он отнес всю природную, унаследо­ванную от многих поколений предков деятельность, которая отличается определенностью и постоянством форм своего про­явления. Это то, что, как говорят, заложено от роду. К условнорефлекторной деятельности И. П. Павлов отнес все, что приобретается в течение жизни путем опыта и тренировок. Условнорефлекторные реакции легко подавляются и оживляют­ся. Любой их комплекс никогда не остается постоянным, С каждым воспроизведением он изменяется в той или иной ме­ре и по своей силе и по качеству. На основе их у собаки путем дрессировки можно выработать, например, подачу лапы в от­вет на протянутую хозяином руку.

Если у человека под влиянием голода разыгрывается аппе­тит, то уже одного бряцания ложки о тарелку бывает доста­точно, чтобы почувствовать во рту избыточное отделение слю­ны. Это происходит потому, что на основе многочисленных со­четаний звука тарелки с едой, требующей отделения слюны, у человека вырабатывается условный рефлекс на звук тарелки. Допустим, что ребенок обжёг себе палец о забытую кем-то го­рящую сигарету. Этот ожог одновременно сопровождается зрительным раздражением от сигареты. Этого достаточно, что­бы в другой раз уже при одном виде сигареты его пальцы бы­ли отведены от нее. Это тоже пример условного рефлекса.

Сложившаяся в процессе многих миллионов лет эволюции эта способность животных изменять свое поведение в соответ­ствии с новыми условиями внешней среды иногда приводит в изумление наблюдателя. Существует большая литература, в которой излагается много замечательных примеров особенно «умного» поведения животных. Эти примеры взяты или из опыта дрессировщиков или из наблюдений натуралистов. Поэ­тому я приведу только один пример подобного рода, расска­занный учеником 6-го класса одной из школ Киева Мишей Козловым. Этот пример очень хорошо показывает, что чудеса биологии можно встретить не только в непроходимых джунг­лях Южной Америки, а и во дворе своего дома. Для этого не надо ничего, кроме зоркого глаза.

Однажды, гуляя по улице, Миша стал следить за ласточ­киным гнездом, которое только-только появилось под крышей дома. Оно еще не высохло, но его хозяева уже благоустраива­ли свою новую квартиру. Самец носил перышки, а самка, сидя в гнезде, укладывала их. Подлетев к гнезду, самец просовы­вал в отверстие гнезда клюв с перышком. Самка брала его своим клювом и укладывала в гнезде. И вот как-то самец при­летел сочень маленьким и легким перышком. Он передал его самке. Она уложила его в гнездо, но перышко тотчас же выле­тело обратно. Совершив несколько замысловатых фигур «выс­шего пилотажа», отлетевший от гнезда самец подхватил его и опять принес к гнезду. Оно снова вылетело. Он опять принес его к гнезду. Перышко еще раз вылетело. Тогда самец еще раз поймал его и полетел к луже. Здесь он намочил перышко в во­де, измазал его грязью и только тогда понес к гнезду. На этот раз перышко не вылетело.

Эта способность и изобретательность птицы представляет собой также пример условнорефлекторной деятельности. Уче­ные выяснили, что чем животные ниже стоят в эволюционном ряду развития, тем большая часть их деятельности является безусловнорефлекторной, и, наоборот, чем выше они стоят на этой лестнице, тем значительнее роль условнорефлекторной деятельности.

Наивысшего развития условнорефлекторная деятельность достигла у человека. В трудовой общественной деятельности, которая в своей биологической основе также является услов­норефлекторной, у человека возникли сознание, ум, способ­ность истолковывать свои ощущения и другие высшие формы приспособления к окружающей среде.

Однако не надо думать, что безусловнорефлекторная дея­тельность в противоположность условнорефлекторной обязательно имеет только примитивные, простейшие формы пове­дения.

По линии развития безусловнорефлекторных форм поведе­ния природа в некоторых случаях достигла поразительного со­вершенства. Особенно часто это можно видеть у насекомых. Так, самка роющей осы, которая должна отложить яйцо, вы­капывает сначала в почве длинный коридор с расширенным концом. После этого она отыскивает гусеницу бабочки сфинк­са, парализует ее уколом своего жала и приносит ее к приго­товленной норке. Она втаскивает гусеницу в самый конец нор­ки и затем откладывает одно яйцо. Его она прикрепляет к ко­же гусеницы, закрывает ход и никогда больше сюда не возвра­щается. Когда у нее образуется второе зрелое яйцо, она выка­пывает другую норку, находит еще одну гусеницу и повторяет всю процедуру сначала. Из яйца вылупляется личинка, кото­рая питается гусеницей. Эта личинка сначала окукливается и затем превращается во взрослую осу, которая в свою очередь все повторяет сызнова. А так как потомки не имеют никакой связи с родителями, они не могут «узнать» от них, каким обра­зом рыть коридор, на какую гусеницу и как прикреплять яйцо и т. п. Поэтому, очевидно, их поведение направляется врож­денными, безусловными системами реакций.

Многообразные регулирующие и управляющие механизмы условнорефлекторного и безусловнорефлекторного характера собраны живой природой в единую слаженно работающую «машину» — нервную систему животного. Эта «машина» по своей сложности и совершенству работы пока не имеет себе подобных в мире техники. Современные действующие киберне­тические машины справляются только лишь с простейшими задачами по сравнению с теми, которые постоянно приходится Вешать нервной системе даже самых низших животных.