Читаем без скачивания Древо познания - Умберто Матурана

Рис. 42. Небольшое кишечнополостное: гидра

Рис. 43. Схематическое изображение разнообразных клеток в тканях гидры Нейроны выделены животные, принадлежащие к группе кишечнополостных, древней ветви животных, состоящих из двойного слоя клеток в форме вазы. Щупальца, расположенные по краю горловины вазы, позволяют гидре передвигаться в воде и хватать других животных, которых гидра затем проталкивает внутрь «вазы» и переваривает, выделяя пищеварительные жидкости. Взглянув на клеточную структуру гидры, мы увидим двойной слой клеток: один слой обращен наружу, другой — внутрь Клетки этих слоев довольно разнообразны. Среди них имеются стрекательные клетки с маленькими шипами Стоит какому-нибудь животному коснуться такой клетки, как она выстреливает своим зарядом. Другие клетки обладают вакуолями, способными выделять во внутреннюю полость гидры пищеварительные жидкости. У гидры имеются также моторные клетки, обладающие волокнами, способными сокращайся, которые располагаются на стенке гидры в продольном и поперечном направлениях (рис. 43). При сокращении таких мышечных клеток в различных комбинациях гидра совершает различные передвижения.

Ясно, что для координации действия, например мышечных клеток щупалец и секреторных клеток внутренней полости ела гидры, между теми и другими клетками должен существовать какой-то тип связи. Для этого недостаточно, чтобы клетки просто были расположены в два слоя.

Чтобы понять, каким образом осуществляется сопряжение между клетками, необходимо подробнее рассмотреть то, что находится между двумя клеточными слоями — наружным и внутренним. Там расположены клетки особого типа с длинными отростками, простирающимися в теле животного на значительное расстояние. Такие клетки характерны тем, что с помощью своих отростков они устанавливают контакт с топографически удаленными клеточными элементами многоклеточного организма Это нервные клетки или нейроны, в их простейшей и примитивнейшей форме. Гидра обладает одной из простейших нервны) систем среди всех известных. Она состоит из нейронной сети, а также рецепторов и эффекторов. В целом нервная система гидры напоминает лабиринт взаимосвязей, объединяющих все части животного посредством волокон, идущих в межклеточном пространстве. Так нервная система обеспечивает взаимодействие сенсорных и моторных элементов, разнесенных далеко друг от друга.

Таким образом, мы имеем дело с абсолютно такой же, с точностью до деталей, ситуацией, с какой нам уже приходилось встречаться при анализе поведения одноклеточных организмов сенсорная поверхность (в данном случае — сенсорные клетки), моторная поверхность (в данном случае — мышечные и секреторные клетки) и система координации между обеими поверхностями (нейронная сеть). Поведение гидры (питание, передвижение, размножение и т. д.) является следствием различных способов установления динамической связи между сенсорной и моторной поверхностями посредством нейронной сети, составляющей нервную систему.

Нейронная структура

Отличительном особенностью нейронов служат их цитоплазматические отростки, имеющие характерную форму и простирающиеся очень далеко, у наиболее крупных нейронов — на десятки миллиметров Эта универсальная особенность нейронов, присущая всем организмам, обладающим нервной системой, определяет специфическую роль, которую нервная система играет в единствах второго порядка, обеспечивая контакт между клеточными элементами, расположенными в различных частях организма, и тем самым интегрируя их деятельность. Невозможно не заметить те поразительные изменения, которым должна была подвергнуться клетка, чтобы ее размер, первоначально не превышавший нескольких миллионных долей миллиметра, увеличился, путем формирования специальных отростков, до десятков миллиметров, то есть на несколько порядков (рис. 44).

Рис 44. Нейрон и его аксоны

Своим физическим присутствием нейроны различными способами связывают клеточные группы, которые в отсутствие нейронов были бы объединены только общей циркуляцией внутренних веществ организма. Физическое присутствие нейрона делает возможным транспорт веществ между двумя областями весьма специфическим путем, не влияющим на окружающие клетки и их локальное снабжение. Отличительная особенность связей и взаимодействий, которые становятся возможными благодаря нейронным сетям, — ключ к пониманию функционирования нервной системы.

Между нейронами существуют взаимные влияния многих типов. Наиболее известные из них — электрические импульсы, которые распространяются по отростку нейрона аксону со скоростью лесного пожара. Именно поэтому часто говорят, что нервная система — орган, функционирующий на основе электрических импульсов. Но такое мнение верно лишь отчасти, поскольку аксоны контактируют между собой не только посредством электрических импульсов, но и через вещества, транспортируемые внутри аксона, которые, выделяясь из окончаний (или поступая в окончания), вызывают в нейронах, эффекторах или сенсорах, с которыми они контактируют, изменения дифференциации или роста.

С какими типами клеток контактируют нейроны? По сути дела, они соединяются почти со всеми типами клеток внутри организма, но через свои отростки контактируют в основном с другими нейронами В свою очередь, отростки нейронов высокоспециализированы; они известны под названием дендритов и аксонов. Между этими зонами и телами клеток устанавливаются контакты, которые называются синапсами.

Синапс — это точка, в которой происходит взаимодействие между нейроном и тем с чем он контактирует. Поэтому синапсы — эффективные структуры, позволяющие нервной системе обеспечивать взаимное влияние друг на друга удаленных групп клеток.

Хотя подавляющее большинство синаптических контактов в нервной системе происходит между самими нейронами, нейроны образуют в организме синапсы и с клетками других типов. Таковы например- клетки, которые мы обобщенно называем клетками сенсорной поверхности. У гидры сенсорная поверхность состоит из всех клеток, способных реагировать на специфические возмущения либо в окружающей среде (таковы, например, стрекательные клетки), либо в самом организме (таковы, например, хеморецеп-торные клетки). Аналогичным образом, существуют нейроны, очень точно контактирующие с клетками моторной поверхности, особенно с мышечными клетками. Короче говоря, нейронная система встроена в организм посредством многочисленных контактов с разнообразными классами клеток, образуя, вместе с клетками сенсорной и моторной поверхностей, сеть точных нейронных взаимодействий.

Синапсом называется место контакта между нейронами или между нейроном и другой леткой, как в нейромышечном синапсе. В таких точках мембраны контактирующих клеток плотно примыкают друг к другу Кроме того, мембраны здесь специализированы и выдедяют особые молекулы — так называемые медиаторы Распространяющийся по нейрону нервный импульс, достигнув синаптического окончания, вызывает секрецию медиатора, который преодолевает зазор между мембранами и генерирует электрический импульс в принимающей клетке. Только благодаря такого рода специализации между нейронами или между нейронами и другими клетками возможно локализоеанное взаимодействие, а не диффузное или общее, как это было бы, если бы взаимодействие осуществлялось через изменение концентрации некоторых молекул в кровотоке.

У каждого нейрона на его дендритном дереве имеются многие тысячи синаптических окончаний многих сотен различных нейронов Каждое из таких окончаний вносит свой вклад в общий обмен электрической активности нейрона, с которым она контактирует Кроме j ·»го, каждый нейрон обладает способностью умически влиять на структуру всех связанных с ним нейронов (рис 45) через диффузию метаболитов, которые выходят из него и, пройдя сквозь синаптические поверхности, распространяются по дендритам до тел соответствующих клеток. От этого двустороннего метаболическо-электрического транспорта зависит в любой момент времени возбуждение и структурное состояние каждого нейрона в нервной системе.

Рис 45. Трехмерная реконструкция всех синаптических контактов, которые получает тело клетки от мотонейронов спинного мозга

Межнейронная сеть

Основная архитектура нервной системы универсальна и характерна не только для гидры, но и для высших позвоночных, включая человека. Единственное отличие кроется не в принципах организации сети, порождающей сенсомоторные корреляции, а в различающейся у разных видов животных форме реализации этой сети посредством нейронов и соединений нейронов между собой. Действительно, даже беглый обзор типов нейронов, обнаруживаемых в нервных системах животных, свидетельствует об их чрезвычайном разнообразии.