Любовь и смерть в живой природе. Брачные игры животных, обряды прощания и другие причуды биологии

Грассе Лео

Небольшое уточнение: даже если вы знакомы с Ютуб-каналом Dirty Biology и уже заметили, что некоторые главы книги соответствуют опубликованным там видео, то вы сразу заметите, что темы здесь рассматриваются в несколько ином ключе и гораздо более подробно. В этом и заключается преимущество книги – в ней больше места.

Ее недостаток в том, что я не смогу прочесть ваши комментарии, так что при случае обязательно пишите мне. Приятного чтения!

Часть первая. Большие вопросы

1. Самый невероятный факт

Знаете ли вы, что некоторые бактерии создают электрические провода, которые работают

по тому же принципу, что и наш мозг? Чтобы проверить, так ли это, давайте вернемся в прошлое на несколько миллиардов лет назад…

Блип-блип.

Где-то в кромешных глубинах океана, куда не проникают солнечные лучи, электрический импульс вспыхивает в неподвижности бездны. На самом дне под тяжестью толщи воды температурой 4°C скрыт провод – настолько крошечный, что он не заметен даже вооруженным глазом. Он пропускает сквозь себя электрический ток.

Блип.

Эта пульсация создана не человеком. Если вы приблизитесь, то увидите, что поверхность провода состоит из белков, а внутри нее активизируются ферменты. Этот провод – бактерия, которая живет, пропуская сквозь себя электроны.

Блип. Блип.

Дышать через провод

Во время клеточного дыхания наши клетки крадут электрон у молекулы (этот процесс называется окисление) и отдают его атому кислорода (восстановление). В результате высвобождается энергия, которая поддерживает жизнедеятельность организма. У нас все это происходит в отделе клетки, который называется митохондрия, на расстоянии нескольких микрометров.

Но электрические бактерии на дне живут в грунте с очень низким содержанием кислорода. Они придумали, как справляться с этой проблемой: бактерии создают провода длиной в несколько сантиметров прямо в осадке на дне и выбираются наружу там, где есть кислород. Электроны, отобранные у молекул веществ, которые содержатся в иле на дне, проходят через этот органический провод и передаются кислороду в океане, высвобождая энергию, которая поддерживает жизнь в бактериях из провода.

Блип. Блип. До 10 000 бактерий работают вместе, чтобы образовать эти провода, которые, в свою очередь, создают чрезвычайно плотные сети. Только представьте – электрические сети бактерий, которые буквально питаются электронами. Когда ученые открыли такие провода из бактерий, они испытали настоящий шок: по нашим масштабам, это все равно, как если бы две части нашего метаболизма эволюционировали на расстоянии 20 километров! На самом деле эти электрические бактерии были открыты не так давно, и вполне вероятно, что впереди нас ждет еще много сюрпризов. Более того, ученые выяснили, что бактерии Geobacter, которые не формируют совместные провода, а прокладывают нанопровода вокруг себя, нашли и другое применение электричеству. Они встречаются во многих экосистемах, в том числе и у нас во рту. Блип. Блип. Блип.

Чтение выносит мозг

Вы читаете эти строки сидя или лежа. За это время ваши глаза передают мозгу невероятное количество визуальной информации. Сама книга перед вами, цвет бумаги или монитора, изящные иллюстрации на страницах – вся эта информация поступает прямиком в затылочную долю, в заднюю часть вашего черепа. Далее она направляется к веретенообразной извилине слева и к медиальной затылочно-височной извилине, где все эти закорючки превращаются в буквы. Эти зоны левого полушария, необходимые для чтения, не берут на себя всю работу: распознать смысл слов и вспомнить их произношение помогают лобная доля и височная доля. Посмотрите, как выглядит ниже идеограмма «мозг». Без информации, которая помогла бы расшифровать ее, вы увидите только рисунки – то же самое относится к буквам и словам в нашем языке.

Все

эти электрические процессы занимают миллисекунды, и вы их даже не замечаете. Черточки, которые вы расшифровываете, приобретают смысл автоматически благодаря сложной нервной системе, происхождение которой насчитывает более миллиарда лет. Историю мозга отличает один существенный факт. Самый невероятный факт на свете.

Назад в прошлое

Представьте себе безумного нейробиолога с ключами от машины времени. Что он увидит, отправившись прошлое? Ученый нажимает на кнопку, и – паф! – время бежит вспять. Первым делом биолог замечает, что мозг наших предков сужается. Объем мозга составляет 1350 см³, и он в два раза больше, чем у человека умелого (Homo habilis), который жил около двух миллионов лет назад. А его мозг в два раза больше, чем у нашего общего предка с шимпанзе – примата, который жил около восьми миллионов лет назад. Любопытный исследователь решает ускориться, и машина уносит его еще дальше в прошлое – на 550 миллионов лет назад. И он натыкается на нашего предка… который больше всего напоминает бесхребетного угря.

Ископаемые остатки наподобие пикайи (Pikaia gracilens) ученые обнаруживают и по сей день. Чтобы понять, как выглядел этот наш дальний родственник, достаточно посмотреть на таких ныне живущих существ, как ланцетник (Branchiostoma lanceolatum). Это небольшое мягкотелое морское животное отличается примитивной анатомией: подобие глаз и рот спереди, анус и плавник сзади.

Как и в случае с ланцетником – и впервые в истории эволюции, – пикайя обладала нервной системой, сдвинутой ближе к передней части тела, чем к задней. Образовался нарост – предшественник мозга. Процесс «цефализации» (от греч. kephale – «голова») произвел настоящую революцию.

Углубляясь все дальше в прошлое (уже примерно на 700 миллионов лет назад), наш путешественник во времени обнаруживает диффузные нервные системы: сеть скоплений нейронов – ганглиев, – равномерно распределенных по всему телу. Все они выполняют примерно одни и те же функции: позволяют ощущать окружающую среду и заставлять организм реагировать в зависимости от этих ощущений. Эти нервные узлы до сих пор обнаруживают у морских звезд или медуз. Биолог наблюдает эти первые наброски нервной системы и пытается проследить их будущее. Он решает, что, пожалуй, все-таки не станет ждать несколько сотен миллионов лет, пока эволюция не превратит эту примитивную нейронную сеть в мозг, способный читать научно-популярные книги. Но ученый любопытен и не собирается останавливаться на достигнутом.

Биолог отправляется в путь – к моменту возникновения самого первого нейрона, основы всей нервной системы. В эти самые секунды около 80–90 миллиардов нейронов, из которых состоит ваш мозг, коммуницируют посредством 100 миллиардов соединений [9] и координируются друг с другом, чтобы вы могли прочесть эту главу. Они отвечают и за дыхание, и за множество других жизненно важных физиологических процессов.

Путешествие нейробиолога еще далеко от завершения, ведь история мозга на этом не заканчивается. И действительно, гены, позволяющие нейронам приходить в состояние возбуждения и передавать электрический импульс, возникли задолго до того, как пикайя использовала свои ганглии, чтобы передвигаться наподобие волны. И даже задолго до того, как первые нейронные сети сформировались в студенистой плоти первых медуз. И, само собой, до того, как возникли многоклеточные организмы.

9

Или 10¹⁴. Эта цифра приблизительна, но… да, в общем, это много. Сама эта «электронная картина» называется коннектомом. Исследователи приложили огромные усилия (как, например, пятилетнее исследование Human Connectome Project), чтобы попытаться составить карту сетей, из которых состоит человеческий мозг.