Т. Д. Жданова. Сотворенная природа глазами биологов

   А каким тонким чувством осязания обладает паук! На его педипальпах и ногах расположены осязательные волоски особого строения. С их помощью через вибрацию паутинных нитей паук ощущает даже самые незначительные дуновения воздуха. Он чутко воспринимает и степень натяжения нитей. При изменении состояния паутины паук будет разыскивать свое убежище, двигаясь всегда вдоль наиболее сильно натянутых нитей.
   Все это еще раз подтверждает, что в мире живого нет ничего простого – все существа от мала до велика обеспечены сложными высокочувствительными сенсорными системами для активной жизнедеятельности и собственной защиты.
 
   Полезна ли боль? Дарованное нам чувство осязания играет огромную роль. Ведь, утратив его, мы лишаемся, к примеру, ощущения боли, а значит, способности чувствовать опасность.
   Боль является врожденным чувством и неизбежным спутником человека с первых и до последних дней его жизни. Если у вас заболела голова или сердце, сильно «дергает» воспаленное место с занозой, вы понимаете, что это – сигналы о неблагополучии в организме. Древние говорили: «Боль – сторожевой пес здоровья». Так что же такое боль?
   Боль – это данная животным и человеку психическая и физиологическая реакция на беспокоящее или нестерпимое раздражение чувствительных нервных окончаний при уколе, ударе, порезе, воспалении и т. п.
   Согласно одним представлениям болевое ощущение возникает благодаря существованию особых болевых рецепторов, связанных с собственной системой передачи нервных импульсов. Такие рецепторы находятся в коже, мышцах, надкостнице, внутренних органах. На 1 квадратный сантиметр кожи приходится 100 болевых точек, а всего их на поверхности тела человека – около миллиона. По другим представлениям боль может вызвать сильное раздражение любых рецепторов – от прикосновения, тепла, холода и т. д.
   Задача высокочувствительных рецепторов – быстро, со скоростью 120 метров в секунду, передать в мозг информацию: на такой-то участок тела сел комар или же упала капля дождя. Но, быстро передав сведения, рецепторы столь же быстро отключаются. И мы забыли бы напрочь об укусе комара или о других болевых раздражениях, если бы не сложные системы, которые, словно гибкая растительность густого тропического леса, пронизывают наше тело. Эти системы, называемые свободными нервными окончаниями, обладают пониженной чувствительностью, и скорость передачи информации у них в сто раз медленнее. Зато, раз включившись, они неспешно, но упорно посылают в мозг свои однообразные сообщения. И только благодаря их настойчивости вы через какое-то время все же обратите внимание на кусающего вас комара или другое неприятное воздействие.
   Конечно, комар, если это не полчище кровососущих насекомых, – не так и страшен. Опаснее, если человек по какой-то причине лишен болевой чувствительности. Он может вовремя не среагировать на порез и истечь кровью, незаметно для себя замерзнуть или получить серьезные ожоги, не ощутив губительного действия огня. То же самое относится и к животным.
   Таким образом, боль, обеспечивающая сохранение жизни, является благом, которое мы зачастую недооцениваем.
 
   Добрые прикосновения. Научно доказано, что осязание особенно важно для многих новорожденных.
   Детеныши животных, которых облизывают матери, обладают повышенной сопротивляемостью болезням. И у них больше шансов дожить до зрелости, чем у тех, к кому в младенчестве их мамы не прикасаются. Если, например, овца не лижет новорожденного ягненка, он умирает вскоре после рождения.
   Так и наши дети. Те, кому в первые месяцы жизни не доставало ласковых родительских рук, страдают от бессонницы, потери веса и слабого иммунитета. Ведь в каждого из нас вложена потребность в добрых прикосновениях.
 

Анализаторы приходят на помощь

   При ослаблении или выходе из строя некоторых органов чувств, в организме животных включается особая система подстраховок.
 
   Помощь слепым. Возьмем, пример, земноводных, у которых окраска может изменяться и «подстраиваться» под цвет фона или окружающего пространства. Для этого в работу включаются сложнейшие системы зрительных анализаторов, обеспечивающих свето– и цветоощущение.
   Однако особи, полностью лишенные зрения, сохраняют способность менять окраску тела на фоне другого цвета. Так, маленькая слепая и беззащитная квакша, снятая с коричневого ствола дерева, постепенно приобретает цвет ярко-зеленого живого листа, на который посажена. Но как же она «видит» цвет?
   Оказывается, обычно мозг руководствуется информацией от зрительного анализатора, подавляя эту деятельность кожных пигментных клеток. Но для критических ситуаций у организма существует целая система подстраховок – когда одни анализаторы «выключены», их задачи частично берут на себя другие.
   Это удивительная способность, данная животным, показывает, что они не оставлены беззащитными в сложных жизненных ситуациях.
   А помогают ли анализаторы человеку в трудную для него минуту? Да, помогают. Например, ослепший человек начинает узнавать людей по запаху, или же у него сильно развивается осязание. Многие слепые прекрасно ориентируются по слуху. Известен случай, когда слепой мальчик научился ездить на трехколесном велосипеде, объезжая прохожих и вовремя сворачивая, чтобы не съехать на мостовую.
   Слепые в своих способностях ориентироваться опираются на разные ощущения. Одни чувствуют препятствие лицом – обладая как бы лицевым зрением. Для других главную роль приобретает слух. Третьи ощущают «давление», или у них появляются другие неясные чувства, вызываемые препятствием.
   Эксперимент показал роль слуха при ориентировании в пространстве слепого человека. Ему предлагали пройти по мягкому ковру, заглушающему звуки его шагов. И тогда оказалось, что у слепого значительно ослабла способность обнаруживать препятствие. Он наталкивался на него и тогда, когда ему закрывали уши. Значит, потерявший зрение человек пользуется отраженным звуком – эхом. Следовательно, способность к эхолокации проявляется только тогда, когда «закрывается» его главное «окно» в мир – зрение.
 
   Возможности для тренировки. Важно знать, что зрение, слух, обоняние и другие анализаторные структуры и функции можно тренировать так же, как и мышцы.
   Например, у человека, который в труде проявляет достаточно усердия, восприимчивость может достичь поразительного совершенства. И тогда шлифовальщик приобретает способность различать просвет в две тысячных доли миллиметра, а сталевар – через синие очки по тончайшим оттенкам расплавленного металла подмечает его готовность.
   Или же опытная ткачиха, определяет на слух момент, когда заканчивается нитка в челноке, мукомол на ощупь – сорт муки, красильщик – тысячи оттенков ткани, а опытный и внимательный врач по некоторым внешним признакам способен поставить диагноз болезни.
 

Живые «приборы» на службе у животных

   Кроме анализаторов на основе конкретных органов чувств животные наделены множеством комплексных живых «приборов». Это биоиндикаторы и природные компасы, сейсмические и метеорологические устройства, биолокаторы и определители самых разных полей. Причем удивительно сложными приборами обеспечены любые живые существа, даже те, которых люди необоснованно считают примитивными.
   Рассмотрим в качестве примера деятельность трубчатых червей с перьевыми жабрами. При строительстве своего защитного дома-трубки они используют осколки раковин и песчинки, которые склеивают секретом, выделяемым из кожных желез. Интересно, что эти черви наделены необычным прибором, благодаря которому способны с редкой точностью подбирать по форме и размерам каждый «кирпичик» для своего дома. Затем эти беспозвоночные животные точно и ловко укладывают из этих кирпичиков стенки футляра-трубки.
   Другие черви, наделенные зеброподобной полосатой наружностью, имеют индикаторы, которые позволяют им оценивать расцветку рифа, куда попадают, а потом точно повторять ее на своем теле.
   А вот креветка-чистильщик обслуживает не всякую рыбу, а только каменного окуня. И находить его помогают живые приборы по принципам, известным только им. Окунь, в свою очередь, позволяет креветке чистить зубы, узнавая ее после предварительного анализа, раскраски, запаха и других примет. Приборы обоих животных помогают им встретиться и быть полезными друг другу – и креветка сыта, и рыба опрятна.
   Или же, являясь друзьями, голубая ставридка и медуза тоже наделены приборами для поддержания генетически заложенного симбиоза – тесного взаимовыгодного сотрудничества. Так, в случае опасности ставридка быстро находит медузу и прячется в ее щупальцах, которые смертельны для других животных. А медуза кормится остатками обеда рыбки.
   Уникальные анализирующие приборы находятся и на языке самки африканского крокодила. Время от времени она выкапывает яйца из своего гнезда и, положив себе на язык, сразу узнает, жив ли в них зародыш. Яйца с погибшими эмбрионами, которые могут разлагаться, она откладывает в сторону, а живые вновь закапывает в песок. Эти анализаторы обеспечивают целесообразное поведение заботливой мамы, чтобы исключить заражение здоровых яиц нежизнеспособными.
   Великолепно «работают» различные анализирующие устройства и в организме млекопитающих. Так, у морского животного касатки одним из наиболее чувствительных приборов является язык. Он играет роль термометра, барометра, а также химического анализатора воды.
   Рассмотрим возможности живых приборов более подробно.
 
   «Гигрометры» мокриц. Мокриц, относящихся к отряду равноногих, называют сухопутными раками. Предназначенное им место обитания – особо влажная среда. И поэтому для постоянного контроля за содержанием в ней паров воды мокрицы обеспечены специальными средствами.
   На теле мокрицы установлено более ста сложных по конструкции датчиков. Каждый такой датчик – это устройство в виде бугорка с тонкой хитиновой оболочкой, к которому подходят нервные окончания. Проникающая через хитиновую пленку влага доходит до нервных окончаний, и таким образом воспринимается информация о влажности. А далее возникшие сигналы поступают в нервную систему, где анализируются. И тогда мокрица получает «указание», оставаться ли ей на месте или пора передвигаться в сторону повышенной влажности.
 

 
   Как считают ученые, совершенство «гигрометра» мокрицы трудно превзойти. Там, где находятся оснащенные ими животные, влажность всегда близка к абсолютной.
   Сложные сенсорные системы мокриц обслуживают все процессы их жизнедеятельности и удивительные поведенческие проявления. Например, мокрица-мать постоянно выводит «погулять» своих малышей и внимательно следит, чтобы они далеко не разбредались. Благодаря анализирующим системам она вовремя узнает о приближении опасности и быстро загоняет детенышей в норку.
   Материнская забота таких, казалось бы, непривлекательных животных, наряду с предоставленными их организму сложными устройствами, которые обеспечивают столь сложное поведение, не может не вызывать восхищения.
 
   Биолокационные устройства. Многие животные обладают способностью к биолокации. Благодаря этому они определяют свое собственное положение или положение какого-то предмета в пространстве. С этой целью они наделены устройствами для генерирования физических (электромагнитных, звуковых, тепловых и др.) волн, а также приборами для улавливания отраженных волн и анализа полученной информации. Кроме того, живые локационные приборы определяют характеристики физических полей.
   Так, совершенство звуковой локации животных обеспечено особой звуковоспроизводящей системой. Ведь при такой точной локации звук посылается не во все стороны, как это обычно происходит при звуковой сигнализации между животными, а отправляется узким пучком в том направлении, которое необходимо обследовать.
   Известна способность, например, рыб к радио– и электролокации. Они могут воспринимать силу и конфигурацию отраженных радиосигналов и сигналов электрического поля, которое сами и создают. Это позволяет определять характер объекта, попавшего в зону поля, – металл ли это, живое ли существо и т. д.
   А некоторые ночные насекомые, так же как змея-щитомордник, гремучая змея, обеспечены устройствами для термолокации. В темноте они способны воспринимать тепловое инфракрасное излучение объекта добычи гораздо лучше, чем созданный человеком прибор «ночного видения».
   Для многих животных характерна эхолокация – способность генерировать и воспринимать отраженные звуковые сигналы. Прекрасно ориентируются с помощью ультразвука летучие мыши, стрижи, салаганы, некоторые кулики, морские свинки, дельфины.
   Использование своего биолокатора наглядно демонстрируют тюлени, обитающие в полярных морях. Эти животные не отходят от своих лунок и следят, чтобы не замерзли полыньи, в которых они кормятся и скрываются в случае опасности. Наблюдения показали, что тюлени предпочитают ловить крупные экземпляры рыбы, которые встречаются только на глубине 800–900 метров. Так что тюлень не тратит силы на охоту за мелкой рыбой. Он точно «знает», когда почти на километровой глубине появится движущаяся в его сторону крупная добыча. И тогда ему остается только нырнуть и встретиться с нею под водой. А сделать это надо с опережением, чтобы приблизиться к рыбе именно в тот момент, когда она проплывет под лункой.
   Это пример типичной биолокации, предоставленной животным для активной жизнедеятельности. Но как проводит эхолокацию тюлень и с помощью каких «приборов» он обнаруживает рыбу, ученые пока не знают.
 
   Приборы для ориентации. Не только взрослые животные, но и совсем юное потомство обеспечено превосходными анализирующими системами.
   Специалисты решили выяснить, как находят свой дом, например, котята на первом месяце жизни. Для этого их помещали на площадку, оборудованную датчиками. Оказалось, что в первые же дни котята проявили полученную по наследству способность к поиску дома.
   Сначала малыши ориентировались только по перепаду температур – тянулись к теплу. Когда у котят «открылись» уши, они стали пользовать слухом, потом – обонянием, а затем зрением. Особенно помогает котятам ориентироваться слух. В ходе эксперимента они очень точно пользовались акустической информацией. А далее включаются «приборы» для ориентации на незнакомой местности и определения верного пути к родному дому.
   Как уже упоминалось, кошки и некоторые другие домашние животные обеспечены таинственными биолокационными приборами. Увезенные в другую местность, они, мужественно преодолевая самые разные препятствия, возвращаются в свой родной дом. Для собак описаны не менее удивительные случаи биолокации, когда они находили своего хозяина в другом городе, где сами никогда не бывали.
   Своими чувствительными «приборами» пользуются и юные насекомые. Интересен пример с личинками цикад, развивающимися в земле, которые выходят на поверхность почвы только при хорошей погоде. Но как узнать, какая погода наверху? Для определения этого они создают над своими подземными убежищами специальные земляные конусы с крупными отверстиями – своего рода метеорологические сооружения. Там через тонкий слой почвы цикады довольно точно оценивают температуру и влажность. И если погодные условия неблагоприятны, личинки возвращаются в норку.
 
   Биологические компасы. Многие животные получили способность к ориентации в электромагнитном поле. Это наглядно обнаруживает поведение мелких рачков из рода дафний, тысячами развивающихся в теплых прудах. Их организм оснащен приборами, позволяющими точно ощущать изменение силы и частоты магнитных колебаний. Достаточно проследить за этими маленькими животными в аквариуме, проделав простой опыт. Если на дно аквариума насыпать магнитные опилки, то рачки соберутся там группами в определенных местах. При этом очертания их скоплений точно повторят конфигурацию участков дна, заполненных опилками.
   Что касается насекомых, то они в качестве важнейшего ориентира используют магнитное поле Земли. Так, термиты все свои подземные галереи и входы в термитники устраивают в направлении магнитного меридиана. И даже свою крупную самку они укладывают вдоль него.
   А мухи используют магнитное поле Земли для ориентации при посадке. В помещении без окон и при искусственном освещении они предпочитают садиться по осям север – юг и восток – запад.
   Точно определяют направление сторон света и устраивают муравейники с южной стороны деревьев лесные муравьи. Их основные входы и выходы также направлены на юг. Большинство птиц, гнездящихся в дуплах, тоже предпочитают, чтобы отверстие дупла располагалось на южной стороне. И барсуки при рытье норы тоже ориентируют ее вход на юг.
   Зная, что многие животные обеспечены живыми компасами, можно по их поведению или результатам труда определить расположение сторон света и сориентироваться в любом месте. Для этого достаточно лишь желания вникнуть в установленные свыше законы природы и наблюдательности.
 

Живые часы

   Биологические часы. Все живые творения обеспечены жизненно важными биологическими часами. Эти генетически заложенные в их организм приборы времени обеспечивают четкое регулирование как внутриорганизменных процессов, так и ритма жизнедеятельности человека, животных и растений.
   Наблюдая за животными, можно увидеть, что их поведение «расписано по часам». Простейший пример – наступление чувства голода, которое происходит через определенные промежутки времени. Кроме того, животные могут измерять время морских приливов и отливов, лунных и годовых циклов. Биологические часы помогают им безошибочно проводить периодические миграции или вовремя впадать в спячку.
   Точное действие живых часов наглядно демонстрируют птицы. Так, при эксперименте помещенный в изолированную от внешнего мира клетку зяблик сам себе устраивал «ночь». Как только он садился на привычную для сна жердочку, свет автоматически выключался. Когда же птица слетала с жердочки – свет включался, и наступало «утро». Опыт продолжался 17 месяцев в полной изоляции от внешних раздражителей. И зяблик из месяца в месяц точно отмерял сутки, почти минута в минуту.
   Птиц называют звучащими живыми часами. Весной и летом по началу их пения можно легко определить время. Около часа ночи просыпается соловей, в два-три часа запевает полевой жаворонок, в пять утра дает о себе знать зяблик. Позже других просыпается живущий рядом с человеком воробей – в шесть часов. А самым верным утренним будильником считают петуха, который поднимает в деревенской местности людей на работу не только весной и летом, но и в любое время года.
 
   Принцип действия живых часов. В основе живых часов лежит генетически заложенная цикличность всех процессов, происходящих в организме, их строгая взаимосвязь между собой, и с ритмикой внешних условий, и прежде всего с основным ритмом Земли – ее вращением. От него зависит освещенность, температура, влажность воздуха, барометрическое давление, гравитация, космическая радиация, атмосферное электричество, смена дня и ночи. Лишь под влиянием изменений положения над уровнем моря и времени года могут происходить некоторые отклонения в четкой деятельности живых часов.
   А существует ли конкретный орган, в котором находится «прибор», управляющий всеми ритмичными процессами?
   Многочисленные исследования показали, что такого органа нет. Ведь каждый процесс в сложной системе организма может иметь свой ритм. И все они постоянно корректируются определенными повторяющимися явлениями во внешнем мире – заходом и восходом солнца, наступлением прилива и отлива, сменой времен года и т. п. Даже при переходе в новые условия все «часы» организма некоторое время сохраняют свой прежний ритм, постепенно перестраиваясь на новый, на что уходит от трех до четырех суток, а порой и до 28 дней.
   Как же устроены живые часы и каков их механизм? Наукой пока не установлены те структуры организма, которые ответственны за жизненные ритмы. И тем более не найдены молекулы структур, задающие колебания в биологических часах. Существуют лишь самые разные гипотезы, предполагающие устройство датчика времени. Согласно одной из них механизм биологических часов невозможно рассмотреть ни в один микроскоп, потому что «маятником» их может служить особая молекула белка. Поскольку такой маятник колеблется очень часто, то он, вероятно, похож на звучащую струну. И в каждой клетке колеблется не один, а миллионы мельчайших молекулярных маятников.
   Если в рукотворных часах есть видимые стрелки, которые ползут по циферблату, то в биологических часах механизмы, играющие роль стрелок, конечно же, не видны. И в них не три стрелки, принимая во внимание и секундную, а значительно больше. Ведь они отсчитывают часовые, суточные, месячные, сезонные, годовые ритмы, а возможно, даже и жизненные периоды. А на уровне отдельных клеток минимальные временные отрезки могут составлять тысячные доли секунды. Но обо всем этом науке пока известно слишком мало.
   Так что о сезонных часах мы знаем лишь то, что они могут включать и выключать на определенный сезон работу отдельных генов. Благодаря этому некоторые животные впадают в зимнюю спячку. И когда биологи посмотрели, что же происходит в организме спящего животного, то оказалось, что многие функции, вплоть до тех, что на клеточном уровне, у них выключены. Спит организм, и крепко спят его клетки – ничем их не разбудить.
   Та же лягушка каждую зиму переживает холодную пору, зарывшись в ил не замерзающего до дна пруда. В это время ее клетки не делятся, так как они отключены, что устанавливается по клеткам хрусталика глаза.
   В эксперименте эту амфибию попробовали разбудить зимой. Ее перевели в теплое помещение, осветили, и через некоторое время лягушка проснулась. Она даже смогла тихо квакать. Но в то же время при рассмотрении клеток хрусталика ее глаза под микроскопом обнаружилось, что они спят. И будут спать до самой весны, пока сезонные часы их не включат. Только тогда животное по-настоящему проснется, и клетки начнут делиться.
   Знания о биологических часах помогают дополнить наше восприятие любого живого организма как совершенного творения, в котором нет мелочей. При этом можно представить себе, что существуют не только биологические часы, встроенные в организм человека и всех живых существ, но и невероятные по сложности часовые механизмы, управляющие всеми процессами во Вселенной.

Системы для целенаправленных действий

   Движение – одно из важнейших проявлений жизнедеятельности животных. Для осуществления двигательных процессов и целенаправленных действий все без исключения организмы получили специальные органы, высокоэффективные устройства, например мышцы, а также системы координации и управления движением.
 

 
   За движения тела, например, млекопитающего ответственны поперечно-полосатые мышцы, которые как бы натягивают «рычаги» костей скелета. Они осуществляют внешние движения их туловища, головы, конечностей, языка, включая и все произвольные поведенческие действия. А гладкие мышцы удерживают внутренние органы и обеспечивают их непроизвольные движения. Они образуют мускулатуру стенок кровеносных сосудов, пронизывают ткани внутренних органов и кожи.
 
   Стереотипны ли действия животных? Существует комплекс врожденных движений, одинаковый для всех животных одного вида, так же как и характерные для них форма туловища, наличие окраски или ядовитых выделений и т. п. Такие признаки действий могут служить своего рода «визитной карточкой» вида.
   Можно привести в пример работу пауков по плетению сети, когда каждый представитель определенного вида плетет паутину с конкретным, изначально заданным рисунком и особенностью ее конструкции. При этом, производя работу, он следует программе врожденного поведения и использует в основном одинаковые движения.
   Но всегда ли врожденные действия животных являются стереотипными? Решили экспериментально проверить, как пауки станут справляться со своей довольно сложной работой, если их поместить в разные условия. Ведь тут невозможно обойтись только путем видотипичных (типичных для их вида) последовательных движений.
   Опыты проводили на проволочных рамках с паутиной различной степени готовности. Предварительно эту паутину строили молодые паучки, но закончить работу им не дали. Работников снимали поочередно, а потом поменяли местами.
   Казалось бы, молодежь в силу стереотипности инстинктивного поведения должна начать строить паутину заново. Однако все паучки продолжили плести паутину именно с того места, где она была оставлена предшественником. А тот молодой паук, который попал на уже готовую сеть, принял боевую позу в ожидании добычи. То есть маленькие неопытные создания сумели закончить построение сети с любой предварительной стадии.