Цялото разнообразие от форми на адаптивни реакции на живите организми е разделено на две групи. Инстинктите са се развили като адаптация към постоянни и периодични явления в околната среда.
Втората група обединява видовете поведение, които животните са открили в индивидуалния живот, по-точно, че всеки звяр е разбрал и страдал със собствения си ум. Тези реакции помагат на тялото да се адаптира към неочаквани, бързо променящи се условия на съществуване.
И двете форми на адаптивна дейност включват последователни серии действия, насочени към постигане на полезни резултати за организмите. Програмирането на такива действия в рамките на вродена и придобита дейност може да се извършва по различни начини.
Златни яйца на Wasp и Aplis охлюв
По правило инстинктивната дейност се основава на твърди програми. Изучавайки живота на насекомите, изключителният френски натуралист Ж. Фабре обърна внимание на интересна форма на инстинктивно поведение на жълтокрилата оса - сфекс.
На определен етап от развитието на тези оси, под влияние на вътрешни хормонални промени и фактори на околната среда (предимно температура на въздуха и продължителност на деня), започва узряването на яйцата. Необходимо е и тяхното отлагане. Този етап на поведение на месоядната оса е типичен пример за инстинктивна дейност.
Оса започва с изкопаване на определена форма на уединено място. Тогава тя отлита в търсене на дивеч, който трябва да служи като храна за ларвите, веднага щом се излюпят от яйцата. Играта за sfex е полев крикет. Sfex открива крикет и го парализира с мощни ужилвания в нервните възли. Издърпвайки го до дупката, оса го оставя близо до входа, тя самата слиза към дупката, за да провери ситуацията.
След като се увери, че в дупката няма непознати, оса влачи плячката си там и снася яйцата си на гърдите си. Тя също може да плъзне още няколко щурчета в дупката, за да запечата входа с тях. Тогава тя отлита и тя няма да се върне на това място.
Ако внимателно обмислите всички етапи на поведението на една оса, ще забележите, че всички нейни движения са разположени съгласно уникална програма, подчинена на един-единствен резултат - снасяне на яйца. Ученият Дж. Фабре много пъти отблъсква крикета, който оса оставя на входа по време на проверката на дупката. В този случай, след като излезе от дупката и забеляза, че плячката е твърде далеч, оса отново я сграбчи, издърпа до входа и след това слезе в дупката, но отново сама. Оса неуморно повтаряше всички действия: влачеше щурца, после го пускаше, проверяваше норка, за да се върне отново след нея.
И така, в поведението на една оса всеки предишен резултат от нейната дейност, насочен към постигане на някакъв основен резултат, определя развитието на последващото действие. Ако оса не получи сигнал за успешното завършване на предишния етап, тя никога няма да премине към следващия.
Всичко това подсказва, че поведението на оса е изградено по строга програма. То се задейства от вътрешна нужда, мотивация. Но изпълнението на програмата се определя от поетапните и крайни резултати от адаптивната дейност на животното. Какво представлява, показват следните наблюдения. След като оса се стени до входа, можете буквално да унищожите усилията й пред очите й. Съдбата на яйцата вече не представлява интерес за оса, тъй като мисията му е завършена.
Цялата тази програма се определя от наследствени механизми. В крайна сметка потомците на оса никога няма да се срещнат с родителите си и няма да научат нищо от тях. Тези наследствени механизми обаче влизат в сила само при наличието на определени фактори на околната среда. Ако осите не ги намерят, да речем мека почва за норки, цялата верига от действия се обърква и се разрушава. И тогава цяла популация от оси на това злощастно място умира.
Изглежда, че се изграждат всички форми на инстинктивна дейност.Това беше потвърдено от учени, които са изучавали на всички континенти и в бездната на моретата и океаните маниерите и навиците на крилати, четирикраки, люспести, пъпчиви, земноподвижни и други наши съседи на планетата.
Колкото по-широка е била разкрита на човека многообразието на инстинктивното поведение на животните, толкова по-завладяващо го привлича най-голямата тайна на живата природа. На какво се основават вътрешните свойства на телесните инстинкти? След откритието през 1951-1953г. Дж. Д. Уотсън, Ф. Крик и М. Уилкинс за структурата на ДНК, този въпрос е конкретизиран и сега звучи така: как вроденото поведение е кодирано в гените и как те го контролират?
Най-яркият и информативен отговор на този въпрос даде група американски невролози, ръководена от Е. Кандела. Те изследвали същата форма на поведение при морските охлюви aplizia като при sfex - снасяне на яйца. Полагането на яйца на aplizia, разказват участниците в тези експерименти, е шнур, съдържащ повече от милион яйца. Щом под въздействието на свиващи мускули на канала на хермафродитната жлеза, където се извършва оплождането, яйцата започват да се изтласкват, охлювът спира да се движи и да се храни. Дишането и пулсът й се увеличават.
Охлювът грабва с устата си въже от яйца и, движейки главата си, му помага да излезе от канала, след което го усуква в чиле. Накрая, с движение на главата, животното прикрепя зидарията към солидна основа.
Е. Кандел и И. Куферман открили в коремния ганглий (т.е. натрупването на неврони) аплизия, така наречените аксиларни нервни клетки. От тях се получава екстракт и се въвежда в тялото на други охлюви. И се оказа, че силата на някои вещества от този екстракт над поведението на мекотелите е толкова голяма, че охлювите веднага започват да снасят яйцата си, дори ако зрелостта им още не е дошла. Нещо повече, неоплодените охлюви, получили такъв екстракт, направиха отделни движения от ритуала на снасяне на яйца.
Учените се интересуват от веществата, които съставляват активния принцип на екстракта от аксиларни клетки. Те се оказаха 4 пептида (т.е. къси вериги от аминокиселини), единият от които беше наречен GOY - хормонът за снасяне на яйца. Само отбележете, че това откритие не беше пълна изненада. Сред другите биологично активни вещества, пептидите сега се изучават най-интензивно.
В крайна сметка, тези мънички протеини, действащи в пренебрежими количества, регулират почти всички жизненоважни процеси в организма: хранене, дишане, секреция, репродукция, терморегулация, сън и др. Броят на пептидите, изолирани от различни тъкани, вече е надхвърлил 500. Много от тях се синтезират в нервната тъкан и пряко контролират поведението.
Ролята на "аксиларните" пептиди на aplizia също беше същата. Американските учени откриха 7 неврони в нервната система на аплията, върху които тези пептиди имат най-мощния и селективен ефект. Според биолозите тези 7 клетки действат като командни неврони. С други думи, те контролират останалите нервни клетки на аплисия, които са част от функционалната система, която осигурява снасянето на яйца. Във всяка аплия тези клетки под въздействието на "аксиларни" пептиди започват едновременно да генерират електрически импулси и звукът от тяхната електрическа "реч" в този случай е напълно различен, отколкото в други случаи, когато тези неврони дават електрически "глас".
В допълнение към пускането на тези командни неврони, четирите пептида от аксиларните клетки имат и други професии, които са тясно свързани помежду си в името на една крайна цел - снасяне на яйца. Един пептид забавя сърдечната честота. Друг прерязва канала на хермафродитната жлеза, така че кабелът да излезе. Третата потиска апетита на охлюва, за да не може лакомата майка да не обядва върху собственото си потомство.
Ф. Струмвасер и неговите колеги изолират още 2 пептида от репродуктивната система на кохлеята. Те бяха наречени пептид А и пептид В.Именно те принудиха аксиларните клетки да секретират четирите пептида, които току-що бяха описани. Благодарение на това откритие механизмите за стартиране на функционална система за снасяне на яйца станаха по-ясни.
По този начин беше потвърдено, че именно пептидите „сглобяват“ нервните клетки в едно работно сдружение, избирайки от набора от възможни съединения на невроните тези, които са обект на тяхното действие, и ги включват във функционалните системи. Заедно с невроните, пептидите също комбинират периферните клетки в общодружество. В резултат на пептидно координираната активност на целия този огромен клетъчен ансамбъл се постига полезен резултат от поведението.
Изглежда, че всичко тук е логично и обмислено. Но всъщност много важен въпрос остава нерешен, докато невролозите не започнат да работят с декриптирани гени.
По чий „ред“ започнаха да се секретират цели четири пептида от аксиларни клетки в строг ред? Под действието на пептиди А и В? Разбира се. Но в края на краищата тези вещества само задействаха мистериозен механизъм в аксиларните клетки. И така, как той действа?
Този въпрос е много важен. В края на краищата си струваше тази последователност и пропорционалност при разпределението на пептидите и на базата на това беше изградено твърдото програмиране на инстинктивното поведение на аплизията, поне по някакъв начин да се наруши и тя да не снася никакви яйца. Очевидно това би се случило и със Spex, където също се предполага „почеркът“ на някаква група пептиди.
Първо невролозите предполагат и след това доказват, че естеството на синтеза на пептиди от една функционална група поверява един и същ ген или поне няколко гена, но е тясно свързана с общото на регулаторните механизми.
Използвайки методите на генното инженерство, американските изследователи са идентифицирали и напълно установили нуклеотидната последователност за трите гена на аплисия. Първите „отпечатани“ в строго определена последователност четирите пептида на аксиларните клетки. Два други гена синтезираха пептиди А и В. Анализът на нуклеотидната последователност на тези гени разкри дублиращи се места. Това показва, че и трите гена произхождат от един и същ предшественик. По време на еволюцията той вероятно е бил мутирал. Например, броят на копията на този ген може да се увеличи (дублира). Поради новите мутации, засягащи вече новообразуваните гени, те започнаха собствена еволюция. В резултат на това дублирането на гени чрез образуването на нови пептидни семейства доведе до увеличаване на броя на телесните функции, например вродени програми за поведение.
Трудно е да се надцени значението на тази работа за биологията. Беше възможно да се разработи и продължи идеята за системообразуваща роля на пептидите. Стана ясно как те посредничат в действието на "общи колектори" на функционални генни системи върху различни клетки. Еволюционният път, водещ от генетични мутации до умножаването и усложняването на програми за инстинктивно поведение, стана по-ясен.
Въпреки това, колкото и примамливи да са тези хипотези, те все още трябва да бъдат потвърдени на животни, различни от аплизия. Едва тогава можеше да се говори за универсалността на принципа на контрол върху реакцията на цялото тяло на един ген, кодиращ група функционално свързани пептиди. И това вече е направено.
Американските учени Н. И. Тублиц и неговите колеги доказаха, че няколко взаимосвързани гена кодират група пептиди, които контролират крайния стадий на метаморфозата на тютюневия молец - изхода на насекомо от какавида. Тази трудна поведенческа програма стартира един голям пептид. Той се синтезира в нервната система и започва да се отделя в кръвта два часа и половина, преди да се излюпи молецът. Изкачвайки се от какавидата, насекомото разнася криле. Три други пептиди контролират тези процеси. Два от тях помагат да се запълнят кръвоносните съдове на кръвоносните съдове, откъдето те се вливат в кръвоносните съдове на крилата и ги разпространяват.Третият пептид действа върху съединителната тъкан на крилата. Докато те се изправят, той им придава пластичност, а след това - постоянна твърдост.
От 1980 г. до 1983 г. в лабораториите на професор С. Нум (Япония) и д-р П. Сибург (САЩ) е установена последователността на отпечатването на гена на препроопиомеланокортиновия протеин. В мозъка тази огромна молекула се разрязва от ензими на няколко къси вериги - пептиди. При животни и хора препроопиомеланокортиновите пептиди образуват единна функционална система. Всички сме запознати с действието му. Благодарение на нея тялото ни реагира на силни и неочаквани стимули с вродена реакция - стрес.
Един пептид от семейството на препроопиомеланокортина увеличава секрецията на глюкокортикоидни надбъбречни хормони. Те от своя страна увеличават кръвообращението в мускулите, засилват контрактилитета си, повишават кръвната глюкоза. Друг пептид стимулира разграждането на мазнините. Поради глюкозата и мазнините се мобилизира резервната енергия. Третият пептид засилва секрецията на инсулин и осигурява използването на глюкоза от тъканите. Четвъртата гаси болката. Ето защо не забелязваме веднага дори тежки наранявания по време на вълнение, стрес. Така природата дава възможност на живи същества в екстремна ситуация да завършат основното, а след това да направят „самолечение“. И накрая, последният пептид увеличава вниманието и нивото на будност на мозъка, което също е полезно във всяка житейска ситуация.
Така че наистина „златните яйца“ донесоха на учените сфекс и аплизия. Наблюдавайки поведението на месоядна оса през миналия век, Дж. Фабре открива основните външни закони на вроденото поведение. След около век американските невролози обикновено очертават молекулярно-генетичния механизъм, чрез който мозъкът съхранява и прилага вродени програми за поведение.
Работата в тази посока обаче едва сега започна. Всъщност вроденото поведение на бозайниците, което е крайната цел на всички изследвания на науките за мозъка, всъщност никога не е толкова силно кодирано, колкото реакциите на сфекс, аплизия или тютюнев молец. Значението на факторите на околната среда, които J. Fabre наблюдава, докато наблюдава хищна оса в инстинктивното поведение на топлокръвните животни, е несравнимо по-голямо. И съответно принципите на генетичния контрол са по-сложни, по-пластични и в някои отношения вече различни.
