Информация. Научные статьи. Журнал «Наука и жизнь». Энергетический подход к эволюции мозга.

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 ^[1] 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 ^[2]. Дыхание ^[3] в воздушной среде, изменение водно-солевого баланса и механизмов пищеварения обусловили развитие специфических систем контроля этих функций со стороны мозга ^[4] и периферической нервной системы.

^[5]

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 ^[6]. 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.

^[7]

Основные центры нервной системы позвоночных на примере лягушки.

^[8]

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 ^[9] почти равны, у зеленой мартышки (Б) и игрунки (В) масса головного мозга намного превышает массу спинного, а спинной мозг ^[10] змеи (Г) по размерам и массе во много раз превышает головной.

В метаболизме головного мозга можно выделить три динамических процесса: обмен кислорода ^[11] 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 ^[12]. 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 ^[13]. 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 ^[14]. 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 ^[15] и жизнь” №11, 2006 год