Hela variationen av anpassningsreaktioner hos levande organismer är indelad i två grupper. Instinkter har utvecklats som anpassningar till ständiga och periodiska miljöfenomen.
Den andra gruppen förenar de typer av beteenden som djur har funnit i individuella liv, mer exakt vad varje djur har förstått och lidit med sitt eget sinne. Dessa reaktioner hjälper kroppen att anpassa sig till oväntade, snabbt föränderliga existensförhållanden.
Båda formerna av adaptiv aktivitet inkluderar på varandra följande serie åtgärder som syftar till att uppnå positiva resultat för organismer. Programmering av sådana åtgärder inom en medfödd och förvärvad aktivitet kan emellertid utföras på olika sätt.
Gyllene ägg av Wasp och Aplis snigel
Som regel är instinktiv aktivitet baserad på styva program. Den framstående franska naturforskaren J. Fabre studerade insekternas liv och uppmärksammade en intressant form av instinktivt beteende hos den gulvingade getingen - sphex.
Vid ett visst utvecklingsstadium i dessa getingar börjar äggmognad under påverkan av inre hormonella förändringar och miljöfaktorer (främst lufttemperatur och dagslängd). Det finns också ett behov av att skjuta upp dem. Detta steg av beteende hos den köttätande getingen är ett typiskt exempel på instinktiv aktivitet.
Getingen börjar med att gräva en viss form på en avskild plats. Sedan flyger den bort för att jaga efter vilt, som borde tjäna som mat för larverna så snart de kläcks från ägg. Spelet för sfex är en fältkricket. Sfex upptäcker en cricket och förlamar den med kraftfulla stick i nervnoderna. När hon drar honom till hålet lämnar getingen honom nära ingången, hon går själv ner till hålet för att kontrollera situationen.
Efter att ha sett till att det inte finns några främlingar i hålet, drar getingen sitt byte där och lägger sina ägg på bröstet. Hon kan också dra ytterligare några syrsor i hålet för att försegla ingången med dem. Sedan flyger hon bort, och hon kommer inte tillbaka till denna plats.
Om du noggrant överväger alla stadier i en getingens beteende, kommer du att märka att alla dess rörelser distribueras enligt ett unikt program med ett enda resultat - äggläggning. Forskaren J. Fabre drev många gånger tillbaka cricket, som getingen lämnade vid ingången under inspektionen av hålet. I det här fallet, efter att ha kommit ut ur hålet och märkt att bytet var för långt borta, grep getingen igen, drog den till ingången och sedan ner i hålet, men igen ensam. Getingen upprepade outtröttligt alla handlingar: den drog cricket, tappade sedan den, kontrollerade minken, för att återvända igen efter den.
Så, i beteendet med en geting, bestämmer varje tidigare resultat av sin aktivitet, som syftar till att uppnå något milstolpsresultat, utvecklingen av den efterföljande åtgärden. Om getingen inte får en signal om det framgångsrika genomförandet av föregående steg fortsätter den aldrig till nästa.
Allt detta tyder på att getingens beteende byggs enligt ett strikt program. Det drivs av inre behov, motivation. Men genomförandet av programmet bestäms av de iscensatta och slutliga resultaten av djurets adaptiva aktivitet. Vad det är visar följande observationer. Efter att getingen murade sig upp till ingången kan du bokstavligen förstöra hennes ansträngningar inför hennes ögon. Äggens öde är inte längre av intresse för getingen, eftersom dess uppdrag är klar.
Hela programmet bestäms av ärftliga mekanismer. När allt kommer omkring kommer getterna av getingen aldrig träffa sina föräldrar och lära sig ingenting av dem. Dessa ärftliga mekanismer träder dock i kraft endast i närvaro av vissa miljöfaktorer. Om getterna inte hittar dem, säg mjuk jord för minks, blir hela handlingen kedjig och förvirrad. Och sedan dör en hel population av getingar på denna dåliga plats.
Det verkar som att alla former av instinktiv aktivitet byggs.Detta bekräftades av forskare som studerade på alla kontinenter och i avgrunden av hav och hav har manövrer och vanor hos bevingade, fyrbenta, skaliga, pinnipeds, jordflyttningar och andra våra grannar på planeten.
Ju bredare mångfalden i det instinktiva beteendet hos djur uppenbarades för människan, desto mer fängslande lockades han till honom av den levande naturens största hemlighet. Vilka är kroppens instinkter inre egenskaper? Efter öppnandet 1951-1953. J. D. Watson, F. Crick och M. Wilkins om DNA-strukturen, denna fråga har konkretiserats, och nu låter det så: hur kodas medfött beteende i gener och hur kontrollerar de det?
Det mest livliga och informativa svaret på denna fråga gavs av en grupp amerikanska neurovetenskapsledare under ledning av E. Candela. De undersökte samma form av beteende i aplizia havssniglar som i sfex - äggläggning. Lägningen av apliziaägg, säger deltagarna i dessa experiment, är en sladd som innehåller mer än en miljon ägg. Så snart under påverkan av sammandragande muskler i kanalen i den hermafroditiska körtlar, där befruktning inträffar, börjar äggen skjuts ut, sniglarna slutar röra sig och äta. Hennes andning och hjärtfrekvens ökar.
Snigeln tar tag i en sladd med ägg med munnen och, genom att flytta huvudet, hjälper den ut ur kanalen och vrider den sedan till ett skein. Slutligen, med en rörelse av huvudet, fäster djuret murverket på en solid bas.
E. Kandel och I. Kupferman hittades i buken ganglion (dvs ackumuleringen av neuroner) aplisia så kallade axillära nervceller. Ett extrakt erhölls från dem och infördes i kroppen av andra sniglar. Och det visade sig att kraften hos vissa ämnen från detta extrakt över blötdjurens beteende var så stor att sniglarna omedelbart började lägga sina ägg, även om deras mognad ännu inte hade kommit. Obefruktade sniglar, som fått ett sådant extrakt, gjorde dessutom separata rörelser från äggläggningsritualen.
Forskare är intresserade av de ämnen som utgör den aktiva principen i extraktet av axillära celler. De visade sig vara 4 peptider (dvs korta aminosyrakedjor), varav den ena kallades GOY - äggläggningshormonet. Observera bara att denna upptäckt inte var en fullständig överraskning. Bland andra biologiskt aktiva ämnen studeras nu peptider mest intensivt.
Faktum är att dessa små proteiner, som verkar i försumbara mängder, reglerar nästan alla viktiga processer i kroppen: näring, andning, utsöndring, reproduktion, termoregulering, sömn, etc. Antalet peptider som isolerats från olika vävnader har redan överskridit 500. Många av dem syntetiseras i nervvävnad och kontrollerar direkt beteende.
Rollen för de "axillära" aplizia peptiderna var också densamma. Amerikanska forskare hittade 7 nervceller i nervsystemet aplsia, på vilka dessa peptider har den mest kraftfulla och selektiva effekten. Enligt biologer fungerar dessa sju celler som kommand neuroner. Med andra ord kontrollerar de återstående nervceller i aplisia, som är en del av det funktionella systemet som ger äggläggning. I alla aplier börjar dessa celler under påverkan av "axillära" peptider samtidigt generera elektriska impulser, och ljudet från deras elektriska "tal" i detta fall är helt annorlunda än i andra fall när dessa nervceller ger en elektrisk "röst".
Utöver att lansera dessa kommandoneroner, hade de fyra peptiderna från axillärceller också andra yrken som var nära gränssnitt för ett slutligt mål - äggläggning. En peptid saktar hjärtfrekvensen. En annan skär kapseln från den hermafroditiska körteln så att sladden kommer ut. Den tredje undertrycker snigelns aptit så att den frossiga modern inte äter med sitt eget avkom.
F. Strumwasser och hans kollegor isolerade ytterligare två peptider från reproduktionssystemet i cochlea. De kallades peptid A och peptid B.Det var de som tvingade axillärcellerna att utsöndra de fyra peptiderna som just beskrivits. Tack vare denna upptäckt har mekanismerna för lansering av ett funktionellt äggläggningssystem blivit tydligare.
Således bekräftades det att det var peptiderna som "monterar" nervceller i en fungerande förening, väljande från uppsättningen möjliga neuronföreningar de som är utsatta för deras verkan och inkluderar dem i funktionella system. Tillsammans med neuroner kombinerar peptider också perifera celler till ett samvälde. Som ett resultat av den peptidkoordinerade aktiviteten hos all denna enorma cellensemble uppnås ett användbart beteenderesultat.
Det verkar som att allt här är logiskt och tankeväckande. Men i själva verket förblev en mycket viktig fråga olöst tills neurovetenskapsmän började arbeta med dekrypterade gener.
Med vars "ordning" började de fyra peptiderna att utsöndras av axillära celler i strikt ordning? Under verkan av peptiderna A och B? Självklart. Men trots allt lanserade dessa ämnen bara en mystisk mekanism i axillärcellerna. Så hur agerar han?
Denna fråga är mycket viktig. Det var ju värt denna sekvens och proportionalitet i fördelningen av peptider, och det var baserat på det att den hårda programmeringen av det instinktiva beteendet hos aplizia byggdes, åtminstone på något sätt att bryta, och hon skulle inte lägga några ägg. Uppenbarligen skulle detta också hända med Spex, där ”handskrift” för någon grupp av peptider också gissas.
Neurovetenskapsmän föreslog först och bevisade sedan att arten av syntesen av peptider från en funktionell grupp tillförlitar en och samma gen, eller åtminstone flera gener, men med en nära sammankopplad grupp av regleringsmekanismer.
Med hjälp av gentekniska metoder har amerikanska forskare identifierat och fullständigt fastställt nukleotidsekvensen för de tre aplisegenerna. Den första "tryckt" i en strikt definierad sekvens de fyra peptiderna i axillärceller. Två andra gener syntetiserade peptider A och B. Analys av nukleotidsekvensen för dessa gener avslöjade duplicerade platser. Detta indikerar att alla tre gener kommer från samma föregångare. Under evolutionen var han troligen muterad. Till exempel kan antalet kopior av denna gen öka (duplikat). På grund av nya mutationer som påverkar redan nybildade gener, började de sin egen utveckling. Som ett resultat ledde duplicering av gener genom bildandet av nya peptidfamiljer till en ökning av antalet kroppsfunktioner, till exempel medfödda beteendeprogram.
Det är svårt att överskatta betydelsen av detta arbete för biologi. Det var möjligt att utveckla och fortsätta idén om en systembildande roll för peptider. Det blev tydligt hur de förmedlar verkan av "allmänna samlare" av funktionella gensystem på olika celler. Den evolutionära vägen som leder från genetiska mutationer till multiplikation och komplikation av instinktiva beteendeprogram har blivit tydligare.
Men oavsett hur frestande dessa hypoteser var, behövde de fortfarande bekräftas på andra djur än aplisia. Först då kunde man tala om universaliteten i naturen av principen om kontroll över hela kroppsreaktionen av en gen som kodar för en grupp av funktionellt länkade peptider. Och det har redan gjorts.
Amerikanska forskare N.I. Tublitz och hans kollegor bevisade att flera sammankopplade gener kodar för en grupp peptider som kontrollerar det sista stadiet av tobaksmetametos - utgången från ett insekt från en puppe. Detta tuffa beteendeprogram lanserar en stor peptid. Det syntetiseras i nervsystemet och börjar släppas ut i blodet två och en halv timme innan kläckningen får. När han klättrar ur puppen sprider insekten sina vingar. Tre andra peptider kontrollerar dessa processer. Två av dem hjälper till att fylla blodkärlen i blodkärlen, varifrån de rinner in i vingans blodkärl och sprider dem.Den tredje peptiden verkar på vingarnas bindväv. Medan de räknas ger han dem plasticitet och sedan - konstant stelhet.
Från 1980 till 1983, i laboratorierna till professor S. Num (Japan) och Dr. P. Siburg (USA), fastställdes sekvensen för gentrycket av preproopiomelanocortinproteinet. I hjärnan skärs denna enorma molekyl av enzymer i flera korta kedjor - peptider. Hos djur och människor bildar preproopiomelanocortin-peptider ett enda funktionellt system. Vi är alla bekanta med dess handling. Tack vare henne svarar vår kropp på starka och oväntade stimuli med en medfödd reaktion - stress.
En peptid från preproopiomelanocortin-familjen ökar utsöndringen av glukokortikoida binjurahormoner. De ökar i sin tur blodcirkulationen i musklerna, förbättrar deras sammandragning, ökar blodsockret. En annan peptid stimulerar nedbrytningen av fett. På grund av glukos och fetter mobiliseras reservenergi. Den tredje peptiden förbättrar insulinutsöndring och säkerställer användning av glukos i vävnader. Den fjärde släcker smärtan. Det är därför vi till och med allvarliga skador under spänning, stress, vi märker inte omedelbart. Således gör naturen det möjligt för levande varelser i en extrem situation att slutföra huvudsaken och sedan göra "självhelande". Slutligen ökar den senare peptiden uppmärksamheten och nivån av vakenhet i hjärnan, vilket också är användbart i alla livssituationer.
Så, verkligen "gyllene ägg" förde forskare sphex och aplizia. Efter att ha observerat beteendet hos en köttätande geting under förra seklet upptäckte J. Fabre de viktigaste yttre lagarna för medfött beteende. Efter ungefär ett sekel har amerikanska neurovetenskapsmän i allmänhet beskrivit den molekylära genetiska mekanismen genom vilken hjärnan lagrar och implementerar program för medfött beteende.
Arbetet i denna riktning har dock bara börjat. I själva verket är det medfödda beteendet hos däggdjur, som är det ultimata målet för alla studier av hjärnvetenskap, faktiskt aldrig så hårdkodat som reaktionerna från sphex, aplisia eller tobaksmöl. Betydelsen av miljöfaktorer som J. Fabre observerade när han observerade ett rovvilt i det instinktiva beteendet hos varmblodiga djur är ojämförligt större. Och följaktligen är principerna för genetisk kontroll mer komplicerade, mer plastiska och på vissa sätt redan olika.