Эволюция мышления заняла около четырёх миллиардов лет. От простейших одноклеточных организмов до сложного человеческого мозга — всё это началось с губок.
Как и большинство эволюционных событий, появление нейронов происходило постепенно, через небольшие изменения, переходя от губок к первым нервным системам у простейших животных.
В начале был… губка
Взрослые губки — неподвижные существа, прикреплённые к субстрату. Их личинки, однако, способны свободно плавать. Внешняя поверхность личинки покрыта кильцами, которые находятся на специализированных кильцовых клетках, похожих на жгутиковые клетки.
Существует два типа кильцовых клеток. Короткие кильцы находятся на большинстве клеток тела личинки и создают хаотичное, бесцельное движение. Длинные кильцы сосредоточены в контролирующих клетках на одном конце тела, реагируют на свет и участвуют в навигации. По мере взросления губки кильцы исчезают.
Эти сведения взяты из последней книги Джозефа ЛеДу «История нашего сознания», изданной Copernicus Center Press.
Гаспар Джекели выдвинул гипотезу, что плавание личинок губок по кильцам подготовило почву для появления нейронов у более сложных животных. По его мнению, первые нейроны возникли для улучшения сенсомоторной интеграции.
У одноклеточных динофлагеллят, предков губок, одна клетка должна одновременно обнаруживать свет, плавать и питаться. У личинок губок распределение функций между множеством клеток позволяло разделить сенсорные и моторные задачи.
Проблема заключалась в том, что сенсорные клетки не могли быстро влиять на моторные, будучи удалёнными друг от друга. Решением стало то, что клетки с короткими кильцами поддерживали хаотичное движение, а клетки с длинными кильцами, помимо восприятия света, отвечали за направление.
Нейрон не построен за один день
Эта схема оказалась менее эффективной, чем то, что впоследствии позволили сделать нейроны. Как же произошёл переход?
По гипотезе Джекели, всё началось с сближения сенсорных и моторных клеток. При близком расположении химические сигналы, выделяемые сенсорными клетками, могли быстро диффундировать к соседним моторными клетками.
Затем сенсорные клетки развили отросток, позволяющий их химическим веществам воздействовать на более отдалённые моторные клетки. Однако химическая передача оставалась медленной.
Решение — появление быстрых электрических импульсов в отростке, который превратился в аксон. Электрический сигнал покрывал большую часть расстояния, а короткий химический промежуток оставался лишь между аксонным терминалом и моторной клеткой. Так расстояние между сенсорными и моторными элементами перестало быть преградой, и клетки по всему телу могли эффективно общаться.
Мутация действия
Трудно представить, как из губки возникли гидры и медузы, но обе группы проходят через кильцевый личинный этап, а затем развивают полиповидную форму. Мутации в генетических программах развития губки могли привести к появлению полипов, ставших предшественниками более сложных форм.
Естественный отбор изменяет способы, которыми гены «строят» организм в процессе развития. При благоприятных мутациях такие изменения закрепляются в популяции, в конечном итоге формируя новые таксоны — процесс, изучаемый в эво-дево.
Хотя у губок нет нейронов, у них есть базовые протосинаптические элементы: гены, отвечающие за пресинаптические белки, рецепторы и адгезионные молекулы. Однако без координированного сигнального программного обеспечения эти элементы не образуют полноценные синапсы.
Простое приклеивание соседних клеток недостаточно для создания сложных нервных цепей, способных точно обрабатывать сенсорную информацию и генерировать целенаправленные моторные ответы.
Игра на нервах
Эти протосинаптические компоненты также обнаружены у одноклеточных флагеллятов. Когда в процессе эволюции возникла необходимость в быстрой передаче сигналов между разными частями тела, уже существующие элементы были использованы для формирования синапсов.
Нервная система первых «жалоносных» животных представляла собой простую сеть нейронов, рассеянную в наружном эпителии. Такая сеть получала сенсорные сигналы (свет, прикосновение, химические раздражители), обрабатывала их и отдавала моторные команды мышцам.
Гидра реагирует одинаково, независимо от того, какая часть её тела коснулась стимула, потому что у неё лишь диффузная нервная сеть.
У медуз, в отличие от гидр, нервные клетки образуют концентрированные кольца вокруг купола (управляют быстрым плаванием) и в области щупалец (контролируют захват добычи и репродукцию). Такие локальные скопления позволяют более точные реакции.
Наука ещё не ушла в лес
Исследования Детлева Арендта показывают, что кластеры нейронов у медуз‑дисков являются предшественниками более сложных мозговых планов у двусторонних животных. Кольцо нейронов в куполе может быть предком головного мозга, а кластер вокруг рта — предком спинного мозга.
Таким образом, нейроны возникли из необходимости соединить сенсорные и моторные клетки. Нервная система — это «мост» между восприятием и действием, от простых сетей у медуз до сложных мозгов позвоночных.
Ключевым преимуществом нервных систем стала синаптическая пластичность — способность изменять связи в ответ на опыт, что и является фундаментом обучения.
Считается, что появление обучения, основанного на нервной системе, сыграло важную роль в кембрийском взрыве, ускоряя эволюцию как хищников, так и жертв.
Текст взят из книги Джозефа ЛеДу «История нашего сознания», опубликованной Copernicus Center Press.
