Механизмы мозга - Пашнина

участками головного мозга. Вовсе не нужно, чтобы генетическая инструкция содержала такие детальные указания, как, например: «нейрон в сетчатке глаза, 1048-й слева и 579-й снизу, должен быть соединен с нейроном в левой затылочной доле мозга, 104954-м слева от средней линии и 3045-м вверх от оси шпорной борозды». Если бы это требовалось, то даже в тысяче томов инструкций, которым эквивалентна генетическая информация, заключенная в хромосомах человека, могла бы быть описана лишь небольшая доля проектируемых связей. Но в гл. 2 мы видели, что на самом деле закодированная в генах инструкция для этой части «монтажных работ», по-видимому, сводится к тому, что каждый нейрон сетчатки должен установить связь с корковым нейроном, характеризующимся тем же отношением концентраций двух химических веществ; кроме того, такие упрощенные инструкции сочетаются с особым способом роста нервов и связанных с ними структур, благодаря которому растущие кончики аксонов в ходе эмбрионального развития блуждают более или менее случайным об-разом, что дает им шансы приблизиться к любому нейрону, с которым должна быть установлена связь. Таким образом, требуемый конечный результат достигается с огромной экономией генетической информации. Весьма вероятно, что природа использует много таких остроумных упрощающих методов, сводящих к минимуму проблему организации связей и позволяющих обойтись для передачи необходимых инструкций теми примерно десятью миллиардами нуклеотидов в каждой клетке, которые, по-видимому, предназначены для этой цели.

Хотя именно эти генетические инструкции, получаемые новой особью от родителей через сперматозоид и яйцеклетку, определяют, амеба это будет или шимпанзе, тем не менее наследственная информация не тождественна у всех амеб и у всех шимпанзе. Наследственные особенности, отличающие отдельных особей друг от друга, так же как и отличительные признаки разных видов, обусловлены тем, что некоторые детали набора генетических инструкций варьируют от одной особи к другой. Эти несколько различные наборы инструкций, соответствующие различным особям одного вида, по-видимому, обладают поразительной устойчивостью и постоянством. Генетическая информация не только безошибочно воспроизводится в тысячах миллиардов клеток в процессе развития каждого многоклеточного организма из сперматозоида и яйца, но, видимо, может последовательно передаваться многим поколениям без существенных изменений. Возможно, что те из наших современников, которые обладают голубыми глазами или страдают гемофилией, получили эти признаки от своих доисторических предков в результате непрерывной цепи последовательного воспроизведения и передачи из поколения в поколение одного и того же сложного кода из тысяч нуклеотидов, расположенных строго определенным образом.

Хотя наборы генетических инструкций поразительно стабильны, в них все же происходят некоторые изменения. У коров длинноногой породы иногда появляется коротконогое потомство. Бывают случаи, что кошки и собаки рождаются без хвоста. Эти самопроизвольные изменения в содержании генетических инструкций, передающиеся от родителей потомству, известны под названием мутаций и являются, по-видимому, результатом своего рода «несчастных случаев». Многие из таких мутаций, быть может большинство, возникают под действием излучений. Частица с высокой энергией, порожденная космическими лучами или естественными радиоактивными веществами, случайно проходит через половые железы будущего родителя, нарушая расположение нуклеотидов в генах одной из клеток железы, что приводит к появлению «опечатки» в наборе инструкций, заложенном в этой клетке. Позже эта ошибка или изменение воспроизводится в семенной или яйцевой клетке, которая будет участвовать в формировании новой особи, а новая особь передает видоизмененный набор инструкций своему потомству.

Мутации, чем бы они ни вызывались, создают новые генетические инструкции, которые столь же стабильны и воспроизводимы, как и первоначальные, и могут поэтому передаваться из поколения в поколение. Когда у плодовой мушки под действием рентгеновских лучей возникает мутантная форма с белыми глазами, то и через 75 поколений глаза у мух с мутантым геном остаются такими же белыми, какими они были у первых измененных особей! Выведение и улучшение пород скаковых лошадей, крупного рогатого скота и собак основано на постоянстве и непрерывности генетической информации, передающейся от родителя к потомству. Тот, кто этим занимается, знает, что новая генетическая линия животных с желетельными признаками, если охранять ее от засорения, в дальнейшем всегда будет давать чистое потомство.

Именно мутации и служат «сырым материалом» для эволюции. Если новый признак, возникший в результате мутации, благоприятствует выживанию, то особь имеет шансы прожить дольше и оставить больше потомства, чем ее немутантные сородичи. Ее потомки тоже будут иметь больше шансов достичь половой зрелости и оставить новое потомство; таким образом, в следующем поколении будет относительно больше особей, клетки которых содержат новые инструкции. В конце концов особи с новым признаком, благоприятным для выживания, могут полностью вытеснить менее приспособленных обладателей прежнего набора генов.

Генетический контроль особенностей поведения; эволюционная гипотеза. Все сказанное, быть может, очень интересно и важно, но какое отношение оно имеет к предмету нашего обсуждения — к тем вычислительно-управляющим функциям головного мозга, в основе которых лежат постоянные связи? Ответ очень прост: эти особенности поведения тоже обусловлены морфологическим строением организма, в данном случае — специфическим способом взаимного соединения нейронов. Инструкции для этого соединения, как и для других признаков, физическая природа которых более очевидна, содержатся в генах. Тот же врожденный механизм, с помощью которого генетические инструкции во взаимодействии с окружающими химическими веществами определяют надлежащее развитие мышц или внутренних органов, автоматически и точно соединяет нейроны в вычислительно-управляющие цепи согласно требованиям наследственности. И те же процессы должны контролировать эволюционное развитие наследственных особенностей поведения. По-видимому, изменения в наследственных формах поведения вызываются мутациями в генах, определяющих соединение нейронов. Если изменение в поведении повышает вероятность выживания особи, то ее потомки от поколения к поколению будут становиться многочисленнее и в конце концов новая особенность поведения станет свойственна всему виду.

Воздействие эволюционных механизмов на поведение. по крайней мере в случае простых рефлексов и таксисов, так же легко представить себе, как и влияние их на обычные морфологические признаки вида. Мутантные изменения в нейронной схеме ночной бабочки, повышающие эффективность связи между сенсорными нейронами, чувствительными к запаху самки, и эффекторными нейронами, управляющими летательными мышцами, легко могли бы дать начало новой линии бабочек, у которых вероятность спаривания больше. Если бы особи этой новой линии давали в среднем на 20% больше потомства, чем немутантные особи, то всего лишь за 4 поколения популяция мутантных бабочек могла бы по числу особей стать вдвое больше колонии исходного типа при той же первоначальной численности. Конечно, в реальных В которых новая линия представлена вначале ничтожным меньшинством среди неизмененной популяции и отсутствуют факторы, способствующие искусственному ускорению процесса путем контролируемого скрещивания особей с желательными признаками, для возникновения заметных изменений требуется гораздо больше времени. Вместе с тем мы должны помнить о том, что численность популяций насекомых и некоторых других низших животных может достигать