Как мозг учился думать

Безголовый предок

До сих пор в нашем лабораторном зоопарке мы останавливались у «клеток» с так называемыми беспозвоночными животными. Изучение их умственных способностей, безусловно, имело важное значение, но интереснее было бы проследить, как оно развивалось у хордовых. К этому типу организмов, как вы знаете, относятся все высшие животные и даже человек.

Лет двести назад зоологи обнаружили в теплых морях невзрачное беловато-прозрачное существо, не то какого-то странного червяка, не то моллюска. За сходство с обоюдоострым хирургическим ножом – ланцетом его назвали ланцетником. Лишь сто лет спустя русский ученый академик А.О. Ковалевский, подробно изучив странное существо, установил, что по одним признакам он действительно похож на кольчатых червей и моллюсков, а по другим – находится в родстве с рыбами. Стало ясно, ланцетник – представитель примитивных существ, являющихся предками всех позвоночных животных.

Значит, и знакомство с умственными способностями позвоночных животных следовало начать с ланцетника. Но вот незадача: никто не знал, где их можно наловить. Хотя это животное пользуется всеобщей известностью, и даже в школьном учебнике зоологии целых три страницы отведены ланцетнику, но в последние десятилетия никто из советских зоологов не занимался его изучением и даже не видел живых ланцетников. Было известно лишь, что ланцетники обитают в Черном море и лет семьдесят–восемьдесят назад они, случалось, попадались у крымских берегов, где-то в районе мыса Феолент, на траверзе Георгиевского монастыря.

Сейчас в этом районе проходит оживленная морская дорога. С раннего утра и до позднего вечера проносятся стремительные суда на подводных крыльях, «Ракеты» и «Метеоры», перевозя тысячи туристов. Немного поодаль нескончаемой вереницей тащатся медлительные сухогрузы, танкеры и водовозы, вертлявые рыболовные траулеры, величественно плывут громады белоснежных красавцев теплоходов. Чтобы плавать по этой морской улице, нужно обладать высокой квалификацией. Здесь нельзя не только останавливаться, но и замедлять движение, тем более не полагается заниматься рыболовством, ставить сети или опускать трал. Нельзя же из-за поимки двух десятков ланцетников приостановить все это оживленное движение, да и кто поручится, что они обитают здесь и теперь.

Все же знающего человека удалось разыскать. В самом центре Севастополя, на берегу бухты, утопая в зелени сада, стоит красивое здание Института биологии южных морей. Этот прославленный институт основали два выдающихся отечественных ученых – Н. Миклухо-Маклай и А.О. Ковалевский. В институте бесчисленные авариумы. Одни предназначены для научной работы, другие являются морским зоопарком. Возле них с утра до вечера толпятся любознательные экскурсанты. Огромную живую коллекцию приходится постоянно обновлять, кормить, украшать морскими растениями. Для этой цели институт выделил фелюгу – самое маленькое из своих экспедиционных судов. Ее капитан, выполняя нелегкие обязанности по снабжению морского аквариума, знал о жизни обитателей Черного моря, кажется, все. Правда, и ему ловить ланцетников еще не приходилось.

От Севастополя до мыса Феолент рукой подать. Городской автобус доставляет сюда пассажиров меньше чем за час, но для маленькой фелюги это целое морское путешествие. Однообразно стучит мотор, ленивая полуденная волна покачивает судно, а слева по борту тянется высокий обрыв. На исходе третий час пути, и, наконец, из-за очередного берегового изгиба показались гористые уступы Феолента, громада старинных зданий монастыря и сбегающий к самому пляжу роскошный парк. А вот и две огромных скалы, поднимающихся из воды у входа в небольшую бухту. Капитан сходит с фарватера и замедляет ход. За борт уходит мелко ячеистый трал, а на мачте взвивается сигнал: «Лишен хода, веду ремонтные работы».

Донный трал похож на большой и тяжелый совок, который тянут на канате за медленно идущим судном. Благодаря своей тяжести, трал слегка углубляется в песок, срезая и захватывая верхний слой донного грунта со всеми его многочисленными обитателями. Под судном сорокаметровая глубина. Малосильная лебедка медленно поднимает тяжелый трал. Ученые напряженно всматриваются в прозрачную глубину. Вот внизу показалась неясная тень, еще минута-другая, и трал поднят на палубу. Он полон голубовато-серого крупнозернистого песка. Ни одного живого существа не видно на его бугристой поверхности. Один из ученых с сомнением разминает на своих ладонях горсть донного грунта, вторую, третью… Вдруг в трале что-то стремительно мелькнуло и тут же исчезло в песке. Затем еще и еще. Животные так прозрачны, что, пока сидят неподвижно, их не видно, а когда они стремительно проносятся в воде, разглядеть их тем более невозможно.

Что это может быть? Ни на кого из известных животных как будто бы не похожи. Может быть, ланцетники? Во всех руководствах сказано, что ланцетники плавают, волнообразно извивая свое тело. Неизвестное существо явно изгибает тело, но эти стремительные броски как-то не хочется назвать плаваньем. Однако разбираться некогда. Содержимое трала поспешно ссыпается в бочку, и трал снова летит за борт.

Наконец все лохани, тазы и бочки наполнены морским песком, и судно ложится на обратный курс.

Время тянется мучительно долго, а однообразным берегам не видно конца. Полуденное солнце палит невыносимо. Лохани с добычей закрыты от солнечных лучей брезентом, но защита ненадежна. Ученые в волнении, выдержат ли жители прохладных глубин летнюю севастопольскую жару. Не задохнутся ли, придавленные тяжестью песка? Судовая помпа работает не переставая, подливая в песок забортную воду. Но на ходу нет возможности забирать ее из глубины, а на поверхности она теплая и грязная. Все-таки около двух сотен животных добрались до берега вполне благополучно. Здесь рассмотреть их было легче. Они действительно оказались ланцетниками, и работа закипела.

Черноморские ланцетники весьма миниатюрные создания. Их обычная величина всего два-три сантиметра, лишь изредка попадаются великаны ростом до четырех сантиметров. В более теплых морях они значительно крупнее. У берегов Неаполя, где их главным образом и изучал А.О. Ковалевский, живут гиганты длиною по шесть-семь сантиметров. Тело животных сильно уплощено с боков и заострено на переднем и заднем концах. Кожная складка, образующая хвостовой плавник, придает телу характерную форму ланцета. Спереди находится никогда не закрывающийся рот, задраенный густой решеткой переплетенных щупалец. Они не дают песку набиваться в пищевод, но не мешают попадать туда одноклеточным водорослям и микроскопическим животным, которые засасываются туда с током воды.

Основой тела ланцетника служит плотный упругий стержень – хорда. Это первый вариант внутреннего скелета. У беспозвоночных животных скелет наружный – твердые хитиновые покровы тела. А хорда ланцетника – это уже модель будущего позвоночника, который в более совершенном виде возник у рыб. Над хордой расположена нервная трубка – центральная часть нервной системы животного, – а от нее в обе стороны отходят многочисленные нервы. Ни настоящей головы, ни тем более головного мозга у ланцетника нет. Из всех современных хордовых это единственное безголовое животное. В море он живет примитивной жизнью. Разогнавшись, с разбега зарывается в песок и остается в своем убежище неделями. Что заставляет его время от времени менять квартиру, выяснить пока не удалось. Никаких строительных работ, ни манипуляций с окружающими предметами, как это умеют делать дождевые черви, ланцетники не производят, но в умственных способностях червякам не уступают.

В лаборатории ланцетников пытались научить избегать опасных ситуаций. Над сосудом с животным вспыхивал яркий свет, а затем оно получало удар электрического тока. Подстегнутые электроболевым раздражителем, ланцетники пулей вылетали из своего укрытия и, сделав два-три стремительных круга, вновь ныряли в песок. Уже через тридцать–тридцать пять сочетаний свет начинал вызывать у животных двигательную реакцию. Они шевелили своим хвостом, сгибали и выпрямляли тело, медленно отплывали из освещенного круга или стремительно уносились прочь, как от удара электрическим током. Реакция на свет сохранялась около суток или немного дольше и была такой же неустойчивой, как и навыки дождевых червей. Однако, если сравнить их поведение с реакциями гидр, заметна разительная разница. Как вы помните, гидры, задерганные ударами электрического тока, начинали бояться любых воздействий, даже совсем безобидных. Напротив, ланцетники научились избегать только света. Другие раздражители их не пугали. Видимо, они «запомнили», что именно свет предвещает серьезные неприятности, и старались покинуть освещенные участки аквариума. Таким образом, по длительности сохранения образованных навыков ланцетники значительно обогнали и гидр и дождевых червей. Небольшой шаг вперед, но чего можно ждать от существа, не имеющего даже головного мозга.

Трехглазый подводник

Миноги – жители пресных и соленых вод. Они широко распространены по земному шару, но тропиков решительно избегают. Всего известно около двадцати пяти видов миног. В Балтийском море наиболее заметна европейская речная минога. Как и все ее родственники, она имеет длинное червеобразное тело с голой, покрытой слизью кожей. Спина и бока темно-серые, иногда почти черные, а брюхо светло-желтое или матово-белое. Небольшая голова никак не отделена от туловища. На ней три глаза; два, как и полагается, располагаются по бокам головы, а третий наверху. Его называют теменным. В нем нет хрусталика, поэтому различать четко контуры предметов он не может, но свет улавливает хорошо и верой и правдой служит своей хозяйке.

У миноги удивительный рот. Он имеет вид воронки и по краю окаймлен кожистой бахромой. Костных челюстей нет, но мягкие края рта и языка покрыты множеством зубов. Взрослые миноги – хищники, они питаются живой рыбой. Присосавшись к телу жертвы своим воронкообразным ртом, миноги как теркой протирают зубастым языком рыбью чешую и кожу. Затем выпускают в ранку какую-то жидкость, которая не дает свертываться крови, и переваривают живые ткани тела жертвы. Их и поглощают.

За особое устройство рта миноги отнесены к надклассу бесчелюстных животных, некогда широко распространенных на Земле. Из их многочисленной братии до наших дней дожили только миноги и миксины, которых ученые объединяют в особый класс круглоротых животных. Так что к рыбам, как думают хозяйки, охотно покупающие осенью деликатесный продукт, они прямого отношения не имеют.

У большинства миног детство длится гораздо дольше, чем последующая взрослая жизнь. Икру родители откладывают в ручьях, речках и в крайнем случае – в озерах. Крошечные личинки – их называют пескоройками – зарываются в донный ил, которым и питаются. После четырех-пяти лет такой спокойной жизни у личинки начинаются серьезные перестройки организма, и пескоройка превращается во взрослое животное. В этот период ее рот приобретает вид воронки и оснащается многочисленными зубами.

Все время, пока длится превращение, личинки обходятся совершенно без пищи. Закончив развитие и став, наконец, взрослыми, миноги спешат к морю и ищут подходящую жертву. Теперь они – хищники и на мясной пище быстро растут и жиреют. Уже через год миноги достигают предельной величины и накапливают столько жира, что теряют интерес к еде. Оставшиеся полгода-год жизни они добровольно постятся. Сейчас их заботит только одно – необходимость обзавестись потомством.

На нерест миноги возвращаются в родные ручьи и речки. Более шустрые животные, первыми накопившие необходимое количество жирку, подходят к устьям рек уже в начале лета, но только осенью начинается их массовый ход. Икру животные откладывают в глубоких участках реки с каменистым дном и быстрым течением. Здесь самцы строят гнезда, выкапывая продолговатые ямки овальной формы. Сначала со строительной площадки удаляется галька. Мелкие камушки животные уносят, присосавшись к ним присоской. Более крупные и тяжелые оттаскивают волоком, опираясь о дно хвостом, или отбрасывают резким движением туловища. Затем, присосавшись к какому-нибудь надежному камню, самец сильными движениями извивающегося тела углубляет ямку, выбрасывая оттуда песок, гравий.

Все время, пока идет строительство, самка находится тут же, описывая над гнездом плавные круги, но в строительных работах участия не принимает, лишь время от времени нежно касается своего супруга, поощряя его продолжать строительство. Только когда работа подойдет к концу, она присоединяется к самцу, чтобы навести окончательный лоск. Хозяин гнезда с удовольствием принимает знаки внимания своей избранницы и настороженно следит за тем, чтобы поблизости не оказался другой самец. Тогда он бросается на пришельца, присасывается к его телу и выталкивает с занятой территории. Икра откладывается, только когда сооружение гнезда будет полностью закончено. Родители не остаются его охранять. От длительного поста и активной деятельности они обессилели, им хочется спрятаться в спокойное тихое местечко, и, забившись под камни, взрослые миноги вскоре погибают.

Круглоротые животные – первые в ряду хордовых, которые обзавелись головным мозгом, причем мозгом удивительно сложно устроенным. В нем есть все те отделы, из которых состоит и мозг человека. Правда, они еще плохо развиты, да и весь мозг меньше спичечной головки, но все же это мозг, который должен сделать их достаточно умными. Сложное поведение во время нереста вроде бы подтверждает это предположение. Однако экзамен в лаборатории разочаровал ученых. Способностью обучаться миноги почти не отличались от земляных червей и ланцентников. Настоящие условные рефлексы у них не вырабатываются. Миноги способны приобретать полезные навыки, но образуются они с большим трудом, а сохраняются очень недолго.

Почему, обзаводясь головным мозгом, миноги остались малоразвитыми животными? Пока объяснить этот парадокс не удалось. Не исключено, что время для экзамена миногам было выбрано не слишком удачно. Ловят их в реках, когда миноги заходят туда на нерест. В лабораторный зоопарк они попадают осенью и живут там до весны. В это время даже на воле у миног голова не болит ни о чем, кроме нереста. Как уже говорилось, осенью они забывают даже о еде.

Выбор профессии

В предыдущей главе мы познакомились с наименее способными учениками. Невольно бросается в глаза огромная разница между тем, что они умеют делать сами и чему их удалось научить в лаборатории. К тому же оказалось, что эти на первый взгляд примитивные создания владеют очень сложными навыками. Инфузории умудряются сортировать мелкие частички, взвешенные в воде, отправляя в «рот» съедобные и выбрасывая остальное. Гидра способна ловить и убивать мелких животных. Земляные черви – рыть норки и затаскивать туда различные предметы. А миноги сооружают на дне водоемов гнезда для своей икры, выполняя большой объем работ. Причем все эти сложные навыки у них врожденные. Никаких усилий для их приобретения примитивные животные не делали. А научиться чему-нибудь сверх того, что они уже умеют, им трудно. Приобретаемые ими совсем простые, да к тому же еще и непрочные, навыки не идут ни в какое сравнение с очень сложным врожденным поведением.

Теперь нам предстоит встретиться с более развитыми существами, чье поведение еще значительно совершеннее. Со стороны может даже показаться, что они знают все, что им может пригодиться в жизни, и больше им ничему учиться не надо. Давайте выясним, насколько сложным может быть врожденное поведение, и попробуем разобраться, могут ли эти существа обойтись без дополнительного обучения. Некоторые насекомые: муравьи, термиты, пчелы, осы – живут большими сообществами – семьями. Уклад их жизни столь удивителен и совершенен, что ученые прошлых столетий считали такие семьи своеобразными государствами, управляемыми мудрыми правителями. Современных зоологов больше поражает четкое распределение обязанностей между совместно живущими насекомыми. Обычно члены семьи делятся на несколько отдельных каст, а представители каждой касты в свою очередь могут делиться на группы по профессиональному признаку в соответствии с выполняемыми обязанностями.

В семьях медоносных пчел три касты: самки, или царицы, весь смысл жизни которых в беспрерывном откладывании яичек, самцы-трутни, обеспечивающие оплодотворение отложенных яичек, и рабочие, на плечи которых возложены все строительные и хозяйственные заботы: добывание корма, выращивание и воспитание подрастающего поколения, обслуживание самцов и самок, – в общем, абсолютно все заботы, вплоть до создания микроклимата в собственном доме.

Если приглядеться к жизни пчелиного улья, сразу бросается в глаза, что каждая рабочая пчела имеет свои вполне определенные обязанности. Одни целый день трудятся на строительстве сот, другие «нянчат» личинок, третьи – с раннего утра снуют от цветка к цветку, собирая нектар и пыльцу. Как выбирает пчела себе профессию? Как осуществляется в семьях профориентация? Кто и как готовит молодых специалистов?

В семьях, где всего три касты, профессия рабочих особей зависит только от их возраста. Специально учиться им не приходится. Родители не проявляют никакой заботы о воспитании своих детей, да и не могут ничему научить, так как сами совершенно ничего не умеют делать. Рабочим пчелам ни одной специальностью овладевать не приходится. Профессиональные навыки у них врожденные. Они получают их в наследство в виде химических инструкций, написанных на хромосомах ядра половых клеток, из которых произошли.

В семье медоносных пчел самые молоденькие труженицы заняты малоквалифицированной деятельностью. Они остаются работать в «роддоме», наводя порядок в старых, уже бывших в употреблении, ячейках сот, то есть чистят колыбельки, из которых сами недавно вывелись. Уже на четвертый день жизни им доверяют кормление взрослых личинок пергой. Так называется пчелиный «хлеб», приготовленный из консервированной цветочной пыльцы. Затем пчелы становятся настоящими кормилицами. На восьмой день жизни у них развиваются железы, вырабатывающие особую питательную жидкость – пчелиное молочко, которым кормят совсем молоденьких личинок и матку. Когда молочные железы прекратят свою функцию, пчела становится кладовщицей. Теперь она целый день дежурит у летка, принимает от сборщиц доставленную в улей пищу и заботливо складывает ее в свободные ячейки, подготавливая для консервирования. Этим трудом пчелы занимаются около недели, а затем переходят и сферу бытового обслуживания, работая дворниками, подметальщиками, поломойками, мусорщиками. Наиболее способные поступают в химчистку, приводя в порядок «одежду» других пчел, особенно сборщиц цветочного нектара, которые, странствуя по свету, всегда могут перепачкаться.

Когда у рабочих пчел полностью разовьются восковые железы, они становятся строителями, участвуя в возведении сот. Весь первый период своей жизни рабочие пчелы находятся безвыходно в родном улье. Их жало еще не имеет яда, а появляться невооруженным в этом полном опасности мире крайне рискованно. Только когда у пчелы, наконец, разовьются ядовитые железы, ее рабочее место переносится поближе к летку. В это время она служит в вооруженной охране улья, присматриваясь через его узкую дверь к огромному и страшному миру. Самая последняя профессия – сборщика нектара и пыльцы. Теперь до своего последнего часа пчела будет снабжать пищей свою большую семью. Эта многообразная деятельность пчелы развертывается всего лишь на протяжении шести недель. Очень короткая, но какая богатая событиями жизнь.

Тот же принцип распределения обязанностей существует и в семьях других общественных насекомых. В летний солнечный день остановитесь у лесного муравейника. За маленькими тружениками можно наблюдать часами. Поражает и деловитость и организованность. Вон небольшой муравьишка тащит на купол муравейника сухую еловую хвоинку, видимо, собирается заняться ремонтными работами. У подножия муравьиного дома другой муравей атаковал жука. Жертва отчаянно защищается, но на помощь охотнику уже спешат товарищи. Там десяток муравьев волокут довольно большую гусеницу…