Эволюция нервных клеток
Традиционно, на мой субъективный взгляд, учёные пытаются исследовать мозг по двум фронтам. Одни изучают возможно самый совершенный и самый сложный механизм вцелом, таких любят СМИ. Их инструменты – ЭЭГ, МРТ, рентген и КТ. Другие – лабораторные труженики выискивают для исследований максимально примитивные нервные системы – моллюсков, червей и других малопрезентабельных, для непосвящённого обывателя, существ. Так прославились аплизия, нематода, водоросли нителлы, кальмары.
Приведу цитату из монографии Профессора Петербургского университета Николая Петровича Вагнера «Беспозвоночные Белого Моря», напечатанной в 1885 году. Профессор создал при Соловецком монастыре первую в России морскую биологическую станцию, где и выполнил великолепное для своего времени нейробиологическое исследование клиона (Clione limacina) – крылоногого моллюска, называемого также морским ангелочком. «При первом взгляде на узлы нервной системы клиона каждый наблюдатель наверное будет поражён громадной величиной их клеток… При взгляде на эту громадную величину… мне пришло на мысль исполнить давнишнее желание и разобрать хоть у одного беспозвоночного типа вполне весь комплекс нервной системы. Такой разбор, по всей вероятности, привёл бы к объяснению, хотя гадательному, многих функций нервной системы у большей части, если не у всех, беспозвоночных животных. Правда, мне хотелось сделать эту работу без особого труда, и прозрачность, или, так сказать, откровенность нервной системы клиона давала мне в этом случае надежду на успех [12].
На сегодня, самая изученная нервная система нематоды Caenorhabditis elegans насчитывает 302 нейрона. Найти бы животное с одной-двумя нервными клетками! Ведь ни нервные системы, ни нервные клетки не появились сразу в виде сложных систем. Они, как и все прочие клетки есть продукт дифференциации одной клетки в процессе эволюции.
Их общим предком была одна единственная протоклетка одноклеточного животного. Была она одна-одинёшенька, жила, размножалась делением и ничто не менялось в течении бессчётных поколений её предков. Пока однажды образовавшиеся в результате деления клетки не расстались, как это было всегда, а склеились бочками . И, оказалось, что это дало двум слипшимся клеткам некоторое эволюционное преимущество. Это не было преимущество многоклеточного животного над одноклеточным, а нечто более простое.
Возможно, так легче найти питание? У одноклеточных животных есть мембранные рецепторы, которые, как правило сосредотачиваются на полюсах клетки, однако это не позволяет им улавливать разницу концентраций между полюсами, поскольку они слишком малы.
Если же клеток множество, то вероятность решения этой задачи упрощается. Но, чтобы её решить, предстояло выработать механизм межклеточного информационного взаимодействия. Механизм этот уже присутствовал, клеткам предстояло научиться им пользоваться.
От простого взаимодействия клеток внутри организма, до переноса информации на значительные расстояния.
Предположим первая клетка, назовём её клетка-А, попала в среду с изменённой ионной концентрацией. Это вызовет изменение нескольких параметров клетки – электрического потенциала на её поверхности, внутриклеточного давления и как следствие изменение объёма. Вторая клетка, назовём её клетка-Б, должна уловить эти изменения. Допустим, она почувствует изменение электрического потенциала на мембране клетки-А.
Таким образом клетка-А оказалась рецептором клетки-Б.
Рассмотрим другую ситуацию – механическое воздействие на клетку-А. Клетка отреагирует изменением своего объёма (сжатие) и изменением внутреннего давления, что в свою очередь изменит ионную концентрацию внутри клетки, а это приведёт к изменению мембранного потенциала. Клетка-Б, уловив изменение мембранного потенциала соседки в обратной последовательности через изменения мембранного потенциала, давления и объёма получит информацию о механическом воздействии на клетку-А. Но есть и более короткая схема: клетка-Б просто почувствует ударную волну от клетки-А.
Если же клетка-А окажется повреждена, это вызовет изменение ионной концентрации возле клетки-Б, а она передаст информацию об этом другим своим соседям клеткам-В, Г и так далее. А если удалённые клетки сами научатся реагировать на такую ситуацию? Если колония клеток отгородится от внешнего мира общей оболочкой, и протоплазма разрушенной клетки распространится внутри колонии? Возможно это прототип гормональной регуляции у животных и вариабельного потенциала у растений.
По мере роста колонии и функциональной дифференциации клеток, возникла задача передачи информации об угрозе, например, не всем подряд клеткам, а конкретным, ответственным за бегство. Для спасения организма, это должно быть сделано быстро и на относительно большое расстояние. Клетки-передатчики, пошли по простому пути, они начали вытягиваться. При этом мембранные рецепторы концентрировались на концах клетки. Постепенно они эволюционировали в известные сегодня электрические сигнальные нейроны.
Будучи примитивными эти прообразы нервных клеток не обладали синапсами, им было свойственно проведение возбуждения в обе стороны. То, что в современных примитивных нервных системах мы называем электрическими синапсами.
Сегодня подобные системы встречаются у примитивных беспозвоночных, они используют электрическую сигнализацию для моторики и других аспектов, необходимых для выживания.
Их нейроны являются изополярными, что означает отсутствие специализации у их отростков, а, следовательно, отростки проводят возбуждение в любую сторону и не образуя при этом длинных проводящих путей.
Отсутствие специализированных отростков приводит к отсутствию специализированной рецепции. Например, у гидры есть отдельные рецепторные клетки, но они не способны различать специфику разных раздражителей. Следствием этого является отсутствие чётко дифференцированной ответной реакции. Кишечнополостные способны формировать реакции побега при воздействии неблагоприятных факторов среды, не дифференцируя сами факторы, а воспринимая лишь их угрожающий эффект.
Не стоит учиться арифметике по учебнику квантовой физики или теории струн. Чтобы понять, как работает мозг, надо узнать, как работает один нейрон. Чтобы разобраться в работе одного нейрона (в составе мозга), следует выяснить как работали его примитивнейшие прообразы. Если начать с азбуки межклеточного взаимодействия, мы возможно раскроем не только тайны мозга. Но и откроем для себя механизмы межклеточного информационного взаимодействия и в других органах, и даже в растениях.
Зачем нам менять представление о природе нервного импульса? Зачем переходить с испытанной временем модели электрических потенциалов действия к каким-то солитонным моделям? Какая разница, если и так ясно откуда и куда бегут нервные сигналы, не изменяется представление о мембранах и ионных каналах? К тому же исследовать электрические сигналы современными инструментами гораздо проще, чем механическими.
Но, возможно, только с точки зрения механики человечеству удастся наконец понять такие вещи:
• арифметику взаимодействия нервных импульсов,
• информационную составляющую нервных импульсов,
• и то, как происходит запоминание.
Notice: Undefined index: /169rvolution.php in /home/cr16518/neyroton.ru/navig.php on line 180
Notice: Undefined index: in /home/cr16518/neyroton.ru/navig.php on line 363