Celá paleta foriem adaptívnych reakcií živých organizmov je rozdelená do dvoch skupín. Inštinkty sa vyvinuli ako prispôsobenie konštantným a periodickým environmentálnym fenoménom.
Druhá skupina spája typy správania, ktoré zvieratá našli v individuálnom živote, presnejšie povedané, že každá šelma rozumie a trpí svojou vlastnou mysľou. Tieto reakcie pomáhajú telu prispôsobiť sa neočakávaným, rýchlo sa meniacim podmienkam existencie.
Obe formy adaptívnej činnosti zahŕňajú postupné série opatrení zameraných na dosiahnutie prospešných výsledkov pre organizmy. Programovanie takýchto akcií v rámci vrodenej a získanej činnosti sa však môže vykonávať rôznymi spôsobmi.
Zlaté vajcia z vosy a Aplis slimáka
Inštinktívna aktivita je spravidla založená na rigidných programoch. Po štúdiu života hmyzu upozornil vynikajúci francúzsky prírodovedec J. Fabre na zaujímavú formu inštinktívneho správania žltoplodej osy - sphex.
V určitom štádiu vývoja v týchto osách sa pod vplyvom vnútorných hormonálnych zmien a faktorov prostredia (predovšetkým teplota vzduchu a dĺžka dňa) začína dozrievanie vajíčok. Je tiež potrebné ich odložiť. Toto štádium správania mäsožravej vosy je typickým príkladom inštinktívnej aktivity.
Osa začína kopaním určitého tvaru na odľahlom mieste. Potom letí, aby lovilo zver, ktorá by mala slúžiť ako potrava pre larvy, len čo sa vyliahnu z vajíčok. Hra pre sfex je kriket. Sfex zistí kriket a ochromí ho silnými bodkami v nervových uzlinách. Osa ho pritiahne k diere a opustí ho pri vchode, ona sama ide dole, aby skontrolovala situáciu.
Potom, čo sa ubezpečí, že v diere nie sú žiadni cudzinci, osa odtiahne svoju korisť a na hrudník položí vajíčka. Môže tiež pretiahnuť niekoľko ďalších cvrčkov do otvoru, aby s nimi utesnila vchod. Potom odletí a na toto miesto sa nevráti.
Ak starostlivo zvážite všetky fázy správania sa osy, všimnete si, že všetky jej pohyby sú rozmiestnené podľa jedinečného programu, ktorý je podriadený jednému výsledku - kladeniu vajíčok. Vedec J. Fabre mnohokrát potlačil kriket, ktorý osa pri vstupe pri prehliadke diery opustila. V tomto prípade, keď sa z diery dostal a všimol si, že korisť je príliš ďaleko, osa ju znova chytila, potiahla k vchodu a potom zostúpila do diery, ale opäť sama. Osa neúnavne opakovala všetky akcie: potiahla kriket, potom ho spustila, skontrolovala norok a po ňom sa znova vrátila.
Takže v správaní osy každý predchádzajúci výsledok svojej činnosti, zameraný na dosiahnutie medzníkového výsledku, určuje vývoj následnej akcie. Ak osa nedostane signál o úspešnom dokončení predchádzajúcej fázy, nikdy nebude pokračovať ďalej.
To všetko nasvedčuje tomu, že chovanie osy je postavené podľa prísneho programu. Je vyvolaná vnútornou potrebou, motiváciou. Realizácia programu je však určená postupnými a konečnými výsledkami adaptačnej činnosti zvieraťa. Čo to sú, nasledujúce pozorovania ukazujú. Keď osa ohradila vchod, môžete doslova zničiť jej úsilie pred očami. Osud vajíčok už nie je v záujme osy, pretože jej misia je dokončená.
Celý tento program je určený dedičnými mechanizmami. Koniec koncov, potomkovia osy sa nikdy nestretnú so svojimi rodičmi a nebudú sa od nich nič učiť. Tieto dedičné mechanizmy však nadobúdajú účinnosť iba za prítomnosti určitých faktorov životného prostredia. Ak ich osa nenájdu, povedzte mäkkú pôdu pre norky, celý reťazec akcií bude zmätený a zlomí sa. A potom na tomto nešťastnom mieste zomrie celá osa.
Zdá sa, že sa budujú všetky formy inštinktívnej činnosti.Potvrdili to vedci, ktorí študovali na všetkých kontinentoch av priepade morí a oceánov spôsoby a zvyky okrídlených, štvornohých, šupinatých, plutvonožcov, zemných prác a našich ďalších susedov na planéte.
Čím širšie bola rozmanitosť inštinktívneho správania zvierat odhalená človeku, tým viac ho zaujalo najväčšie tajomstvo živej prírody. Aké sú vnútorné vlastnosti telových inštinktov? Po otvorení v rokoch 1951-1953. J. D. Watson, F. Crick a M. Wilkins o štruktúre DNA, táto otázka bola konkretizovaná a teraz to znie takto: ako sú vrodené správanie kódované v génoch a ako ich kontrolujú?
Najživšia a najinformatívnejšia odpoveď na túto otázku bola skupina amerických neurovedcov pod vedením E. Candela. Preskúmali tú istú formu správania pri morských slimákoch aplizia ako pri sfexe - kladenie vajíčok. Účastníci týchto experimentov kladú vajíčka aplizie na kord, ktorý obsahuje viac ako milión vajíčok. Akonáhle sa svaly v kanáli hermafroditickej žľazy stiahnu, kde dôjde k oplodneniu, vajíčka sa začnú vytlačovať, slimák prestane hýbať a jesť. Zvyšuje sa jej dýchanie a srdcová frekvencia.
Slimák chytí za ústa šnúru vajíčok a pohne hlavou, pomôže mu vytiahnuť z potrubia a potom ho pretočí do pradena. Nakoniec zviera pri pohybe hlavy pripevní murivo na pevný podklad.
E. Kandel a I. Kupferman našli v brušnom gangliu (t. J. Akumulácia neurónov) aplisia tzv. Axilárne nervové bunky. Z nich bol získaný extrakt a uvedený do tela iných slimákov. Ukázalo sa, že sila niektorých látok z tohto extraktu nad správaním mäkkýšov bola taká veľká, že slimáci začali klásť vajíčka, aj keď ich zrelosť ešte nenastala. Okrem toho neprofilizované slimáky, ktoré dostali takýto extrakt, vykonali oddelené pohyby od rituálu znášania vajec.
Vedci sa zaujímajú o látky, ktoré tvoria aktívnu zložku extraktu z axilárnych buniek. Ukázalo sa, že ide o 4 peptidy (t. J. Krátke reťazce aminokyselín), z ktorých jeden sa nazýva GOY - vaječný hormón. Len nezabudnite, že tento objav nebol úplným prekvapením. Okrem iných biologicky aktívnych látok sa peptidy teraz študujú najintenzívnejšie.
Koniec koncov, tieto malé bielkoviny pôsobiace v zanedbateľných množstvách regulujú takmer všetky životne dôležité procesy v tele: výživa, dýchanie, sekrécia, rozmnožovanie, termoregulácia, spánok atď. Počet peptidov izolovaných z rôznych tkanív už prekročil 500. Mnohé z nich sú syntetizované v nervovom tkanive a priamo kontrolujú správanie.
Úloha „axilárnych“ peptidov aplizie bola rovnaká. Americkí vedci našli 7 neurónov v nervovom systéme aplsia, na ktoré majú tieto peptidy najsilnejší a naj selektívnejší účinok. Podľa biológov týchto 7 buniek pôsobí ako príkazové neuróny. Inými slovami, kontrolujú zvyšok nervových buniek aplisia, ktoré sú súčasťou funkčného systému, ktorý zabezpečuje kladenie vajíčok. Pri akejkoľvek apulóze začnú tieto bunky pod vplyvom „axilárnych“ peptidov súčasne vytvárať elektrické impulzy a zvuk ich elektrickej „reči“ je v tomto prípade úplne iný ako v iných prípadoch, keď tieto neuróny vydávajú elektrický „hlas“.
Okrem spustenia týchto príkazových neurónov mali štyri peptidy z axilárnych buniek aj iné profesie, ktoré boli úzko prepojené kvôli jednému konečnému cieľu - kladenie vajíčok. Jeden peptid spomaľuje srdcový rytmus. Ďalší preruší kanál hermafroditickej žľazy tak, aby vytiahla šnúru. Tretí potláča chuť k jedlu slimáka tak, aby nemravná matka nejedla na svojom potomstve.
Z reprodukčného systému kochley izoloval F. Strumwasser a jeho kolegovia ďalšie 2 peptidy. Nazývali sa peptid A a peptid B.Boli to tí, ktorí donútili axilárne bunky k vylučovaniu štyroch opísaných peptidov. Vďaka tomuto objavu sa mechanizmy na spustenie funkčného systému znášania vajec stali jasnejšími.
Potvrdilo sa teda, že sú to peptidy, ktoré „nervujú“ nervové bunky do jedného pracovného združenia, vyberajú zo súboru možných neurónových zlúčenín tie, ktoré sú predmetom ich pôsobenia, a zahrnujú ich do funkčných systémov. Spolu s neurónmi peptidy kombinujú aj periférne bunky do spoločenstva. Výsledkom peptidom koordinovanej aktivity tohto celého obrovského bunkového súboru je dosiahnutie užitočného výsledku správania.
Zdá sa, že všetko je logické a premyslené. V skutočnosti však veľmi dôležitý problém zostal nevyriešený, kým neurovedci začali pracovať s dešifrovanými génmi.
Podľa ktorého „poradia“ sa začali všetky štyri peptidy v prísnom poradí vylučovať axilárnymi bunkami? Pôsobením peptidov A a B? Samozrejme. Koniec koncov, tieto látky iba spustili záhadný mechanizmus v axilárnych bunkách. Ako sa správa?
Táto otázka je veľmi dôležitá. Koniec koncov, stálo to za túto sekvenciu a proporcionalitu pri prideľovaní peptidov a bolo založené na tom, že bolo vybudované tvrdé programovanie inštinktívneho správania aplisia, aspoň nejakým spôsobom, aby sa zlomilo, a nekladla by žiadne vajíčka. Je zrejmé, že by sa to stalo aj pri sphexe, kde sa tiež odhaduje „rukopis“ niektorej skupiny peptidov.
Neurovedci najskôr navrhli a potom dokázali, že povaha syntézy peptidov z jednej funkčnej skupiny zveruje jeden a ten istý gén alebo aspoň niekoľko génov, ale je úzko prepojená spoločným regulačným mechanizmom.
Americkí vedci pomocou metód genetického inžinierstva identifikovali a úplne ustanovili nukleotidovú sekvenciu pre tri gény aplisia. Prvý "vytlačený" v presne definovanej sekvencii štyri peptidy axilárnych buniek. Dva ďalšie gény syntetizovali peptidy A a B. Analýza nukleotidovej sekvencie týchto génov odhalila duplicitné miesta. To naznačuje, že všetky tri gény pochádzajú z toho istého prekurzora. Počas vývoja bol pravdepodobne zmutovaný. Napríklad by sa mohol zvýšiť počet kópií tohto génu (duplikát). Vďaka novým mutáciám ovplyvňujúcim už novoformované gény začali svoj vlastný vývoj. V dôsledku toho duplikácia génov vytvorením nových peptidových rodín viedla k zvýšeniu počtu funkcií tela, napríklad programov vrodeného správania.
Je ťažké preceňovať význam tejto práce pre biológiu. Bolo možné rozvíjať a pokračovať v myšlienke systémotvornej úlohy peptidov. Ukázalo sa, ako sprostredkujú činnosť „všeobecných kolektorov“ funkčných génových systémov na rôznych bunkách. Evolučná cesta vedúca od genetických mutácií k množeniu a komplikáciám programov inštinktívneho správania sa stala jasnejšou.
Bez ohľadu na to, aké lákavé boli tieto hypotézy, je však potrebné ich potvrdiť aj na zvieratách iných ako aplisia. Až potom by sa dalo hovoriť o univerzálnosti podstaty princípu kontroly nad celotelovou reakciou jedného génu kódujúceho skupinu funkčne spojených peptidov. A to sa už stalo.
Americkí vedci N. I. Tublitz a jeho kolegovia dokázali, že niekoľko vzájomne prepojených génov kóduje skupinu peptidov, ktoré kontrolujú konečné štádium metamorfózy tabakovej mory - únik hmyzu z kukly. Tento tvrdý program správania spúšťa jeden veľký peptid. Syntetizuje sa v nervovom systéme a začína sa uvoľňovať do krvi dve a pol hodiny pred vyliahnutím mory. Lezenie z pupa rozširuje jeho krídla. Tieto procesy riadia ďalšie tri peptidy. Dve z nich prispievajú k napĺňaniu krvných ciev krvných ciev, odkiaľ prúdia do krvných ciev krídel a rozširujú ich.Tretí peptid pôsobí na spojovacie tkanivo krídel. Keď sa narovnajú, dáva im plasticitu a potom - stálu tuhosť.
Od roku 1980 do roku 1983 sa v laboratóriách profesorov S. Num (Japonsko) a Dr. P. Seburg (USA) stanovila sekvencia génovej tlače preproopiomelanocortínového proteínu. V mozgu je táto obrovská molekula štiepená enzýmami na niekoľko krátkych reťazcov - peptidov. U zvierat a ľudí tvoria preproopiomelanokortínové peptidy jediný funkčný systém. Všetci poznáme jeho konanie. Vďaka nej naše telo reaguje na silné a neočakávané podnety s vrodenou reakciou - stresom.
Jeden peptid z rodiny preproopiomelanokortínov zvyšuje sekréciu glukokortikoidných hormónov nadobličiek. Naopak, zvyšujú krvný obeh vo svaloch, zvyšujú ich kontraktilitu, zvyšujú hladinu glukózy v krvi. Ďalší peptid stimuluje odbúravanie tukov. Vďaka glukóze a tukom sa mobilizuje rezervná energia. Tretí peptid zvyšuje sekréciu inzulínu a zaisťuje použitie glukózy v tkanivách. Štvrtý zhasne bolesť. To je dôvod, prečo ani vážne zranenia počas vzrušenia, stresu, si toho nevšimneme okamžite. Príroda tak umožňuje živým veciam v extrémnej situácii dokončiť hlavnú vec a potom urobiť „samoliečenie“. Nakoniec posledne uvedený peptid zvyšuje pozornosť a úroveň bdelosti mozgu, čo je tiež užitočné v každej životnej situácii.
Takže skutočne „zlaté vajcia“ priniesli vedcom sphex a apliziu. J. Fabre sledoval v poslednom storočí správanie mäsožravej vosy a objavil hlavné vonkajšie vzorce vrodeného správania. Asi po storočí americkí neurovedci vo všeobecnosti načrtli molekulárno-genetický mechanizmus, ktorým mozog ukladá a implementuje programy vrodeného správania.
Práca týmto smerom sa však len začala. Koniec koncov, vrodené správanie cicavcov, ktoré je konečným cieľom všetkých štúdií vedy o mozgu, nie je v skutočnosti nikdy tak tvrdo zakódované ako reakcie sphexu, aplisia alebo tabaku. Dôležitosť environmentálnych faktorov, ktoré pozoroval J. Fabre pri pozorovaní dravej osy pri inštinktívnom správaní teplokrvných zvierat, je neporovnateľne väčšia. A preto sú princípy genetickej kontroly zložitejšie, plastickejšie a v niektorých ohľadoch už odlišné.