Нервная система после выхода на сушу позвоночных. Информация. Научные статьи. Журнал «Наука и жизнь». Энергетический подход к эволюции мозга.
У микроскопической пресноводной гидры нервная система равномерно распределена по телу: А - гидра; Б - гидра после прикосновения к ней; В - гидра, приходящая в спокойное состояние.

Роль нервной системы стала особенно значительной после выхода позвоночных на сушу, который поставил бывших первичноводных в крайне сложную ситуацию. Они прекрасно приспособились к жизни в водной среде, которая мало походила на наземные условия обитания. Новые требования к нервной системе были продиктованы низким сопротивлением среды, увеличением массы тела, хорошим распространением в воздухе запахов, звуков и электромагнитных волн. Гравитационное поле предъявило крайне жесткие требования к системе соматических рецепторов и к вестибулярному аппарату. Если в воде упасть невозможно, то на поверхности Земли такие неприятности неизбежны. На границе сред сформировались специфические органы движения — конечности. Резкое повышение требований к координации работы мускулатуры тела привело к интенсивному развитию сенсомоторных отделов спинного, заднего и продолговатого мозга. Дыхание в воздушной среде, изменение водно-солевого баланса и механизмов пищеварения обусловили развитие специфических систем контроля этих функций со стороны мозга и периферической нервной системы.

Основные структурные уровни организации нервной системы

Основные структурные уровни организации нервной системы

В результате возросла общая масса периферической нервной системы за счет иннервации конечностей, формирования кожной чувствительности и черепно-мозговых нервов, контроля над органами дыхания. Кроме того, произошло увеличение размеров управляющего центра периферической нервной системы — спинного мозга. Сформировались специальные спинномозговые утолщения и специализированные центры управления движениями конечностей в заднем и продолговатом мозге. У крупных динозавров эти отделы превысили размеры головного мозга. Важно и то, что сам головной мозг стал крупнее. Увеличение его размеров вызвано повышением представительства в мозге анализаторов различных типов. В первую очередь это моторные, сенсомоторные, зрительные, слуховые и обонятельные центры. Дальнейшее развитие получила система связей между различными отделами мозга. Они стали основой для быстрого сравнения информации, поступающей от специализированных анализаторов. Параллельно развились внутренний рецепторный комплекс и сложный эффекторный аппарат. Для синхронизации управления рецептора ми, сложной мускулатурой и внутренними органами в процессе эволюции на базе различных отделов мозга возникли ассоциативные центры.

Основные центры нервной системы позвоночных на примере лягушки.

Основные центры нервной системы позвоночных на примере лягушки.

Головной мозг основных представителей позвоночных. Красный цвет и крестообразная штриховка показывают расположение ассоциативных зон мозга

Важные эволюционные события, приводящие к смене среды обитания, требовали качественных изменений в нервной системе.

Важные эволюционные события, приводящие к смене среды обитания, требовали качественных изменений в нервной системе.

Детальное описание иллюстраций:
Растения прекрасно обходятся без нервной системы, но тем не менее их клетки могут воспринимать химические, физические и электромагнитные воздействия. Борьба за существование между растениями в дождевом лесу Цейлона напоминает борьбу в животном мире. насекомоядные растения быстро закрывают листья при прикосновении.

У животных различных групп сравнительные размеры спинного и головного мозга сильно различаются. У лягушки (А) и головной и спинной мозг почти равны, у зеленой мартышки (Б) и игрунки (В) масса головного мозга намного превышает массу спинного, а спинной мозг змеи (Г) по размерам и массе во много раз превышает головной.

В метаболизме головного мозга можно выделить три динамических процесса: обмен кислорода и углекислого газа, потребление органических веществ и обмен растворов. В нижней части рисунка указана доля потребления этих компонентов в мозге приматов: верхняя строка — в пассивном состоянии, нижняя — во время напряженной работы. Потребление водных растворов вычисляет ся как время прохождения всей воды организма через мозг.

Основные структурные уровни организации нервной системы. Самый простой уровень — одиночная клетка, воспринимающая и генерирующая сигналы. Более сложным вариантом являются скопления тел нервных клеток — ганглии. Формирование ядер или слоистых клеточных структур — высший уровень клеточной организации нервной системы.

Основные центры нервной системы позвоночных на примере лягушки. Головной мозг окрашен в красный цвет, а спинной — в синий. Вместе они составляют центральную нервную систему. Периферические ганглии — зеленые, головные — оранжевые, а спинальные — голубые. Между центрами осуществляется постоянный обмен информацией. Обобщение и сравнение информации, управление эффекторными органами происходят в головном мозге.

Важные эволюционные события, приводящие к смене среды обитания, требовали качественных изменений в нервной системе. Первым событием такого рода стало возникновение хордовых, вторым — выход позвоночных на сушу, третьим — формирование ассоциативного отдела мозга у архаичных рептилий. Возникновение мозга птиц нельзя считать принципиальным эволюционным событием, а вот млекопитающие пошли намного дальше рептилий — ассоциативный центр стал выполнять функции контроля за работой сенсорных систем. Способность к прогнозированию событий стала для млекопитающих инструментом доминирования на планете. А-Г — происхождение хордовых в илистых мелководьях; Д-Ж — выход на сушу; З,П — возникновение амфибий и рептилий; К-Н — формирование птиц в водной среде; П-Т — появление млекопитающих в кронах деревьев; И-О — специализация рептилий. Рисунки автора.

Профессор С. В. Савельев более 20 лет занимается исследованиями физиологии, анатомии и эволюции нервной системы. Он руководит лабораторией развития нервной системы Научно-исследовательского института морфологии человека РАМН. Сергей Вячеславович не только известный ученый, но и художник, сам иллюстрирующий свои книги.

Журнал «Наука и жизнь» №11, 2006 год

Rambler's Top100