Целесообразность организма животных

Существует большое разнообразие организмов живых созданий. Причиной этого являются как их определенная сфера деятельности и индивидуальная «профессия», так и различие мест и условий обитания.

Например, верблюд обитает исключительно в засушливых районах. Системы жизнеобеспечения его организма рассчитаны на жаркую безводную среду, а органы пищеварения – на потребление сухой и колючей растительности. Верблюд не может их покинуть по собственной воле. Он даже плохо переносит длительное питание сочной луговой травой и начинает от этого болеть. А вот организм северного оленя устроен именно для жизни этого животного в холодном климате и питания преимущественно тундровой растительностью.

Что же такое целесообразность? Часто ученые понятие «целесообразность» связывают исключительно с поведением живых существ. Причем это в основном касается поведения так называемых «высших» животных, которое носит характер осмысленных поступков. Но не менее применимо это же определение и ко всем типам движений и поведенческих актов, которые нельзя квалифицировать как поступки. К их числу относятся инстинктивные действия, рефлексы и т. п.

А разве не целенаправленно движение растений к свету, влаге, опоре (у вьющихся побегов)? Причем, если передвинуть опору, вьющиеся растения вновь устремляются в ее сторону, как бы «видя» изменение ситуации. Что за «невидимая рука» направляет их к заданной цели?

От этих движений один лишь шаг к движению развития целого организма из одной-единственной клетки. Разве не целесообразны действия всех участников непостижимого и загадочного акта ее деления? Ведь последовательность биологических событий определяет генетическая программа, которая заложена и поддерживается в любом живом творении. Зародыши, получившие эту программу по наследству от родителей, успешно развиваются во взрослые живые существа. Причем, строение их организма предопределено, ведь в зависимости от вида животные должны выполнять свои особые жизненные задачи и занимать территорию с конкретными факторами среды.

В результате оказывается, что само строение организма каждого существа и происходящие в нем процессы, поведение и образ жизни – в общем, все, что так или иначе приводит к изначально заданной цели, подпадает под понятие «целесообразность».

Особенности организма насекомых. В качестве примера целесообразности строения организма животных можно рассмотреть насекомых. Представители каждого их вида занимают только тот ареал и способны выдерживать именно те условия окружающей среды, для которых предназначен их организм, «настроены» врожденные механизмы жизнедеятельности и поведения. Это может быть и чрезвычайно широкий ареал, и очень узкий.

Благодаря этому насекомые могут обитать в самых суровых условиях, даже в холодной арктической тундре и на снежных горных вершинах, в солнечных саваннах и пустынях, во влажных тропических лесах и тайге.

Например, бабочки, – казалось бы, совсем хрупкие создания, – обитают на земном шаре почти повсеместно. Их активная жизнедеятельность возможна благодаря особой целесообразности организма, который условно можно назвать «южным», «северным», «тропическим», «универсальным».

Универсальный организм бабочек одних видов обеспечивает их распространение по многим районам с самыми разнообразными природными факторами. Так, крупные бабочки монархи, обитая в северной части Америки, стаей отправляются на зимовку в Мексику – за 3,5 тысячи километров от своего родного дома. Там они находят и конкретный район, и даже определенные деревья, где вместе садятся, плотным слоем покрывая ветви. За лето сменяются два или три их поколения. И весной, отправляясь в путь без сопровождения взрослых особей, юное потомство точно приземляется в назначенном месте – откуда были родом их родители. Для этого организм бабочек снабжен и «полетной картой», и «планом местности», и «навигационными приборами».

А организм других бабочек предназначен только для конкретного местообитания, как, например, у бабочек, живущих исключительно в Альпах, выше линии снегов при средней температуре -10 °C. Или, к примеру, у одного из обитателей пустыни – жука-чернотелки. У некоторых видов специфичное устройство организма обеспечивает активную жизнь именно в этой среде. Жук-чернотелка хорошо переносит жару и утоляет жажду, конденсируя живительную влагу ночных туманов.

Разнообразие организма рыб. Еще один пример. Рыбы заселяют пресные и соленые, холодные и горячие водоемы, а также разные глубины морей и океанов. Взаимосвязь между внешним видом тела рыб и глубиной их обитания просто поразительна.

Тело придонных рыб слегка приплюснуто, а их глаза специально направлены вверх. Поскольку они живут среди донной растительности, то обеспечены такими оригинальными устройствами, как жгуты и присоски наподобие ног и лап животных.

Если постепенно опускаться на глубину, то с каждым метром давление на морских обитателей существенно возрастает. Но их организм подготовлен к этим кажущимся нам неудобствам.

Донные рыбы часто обладают плоским, дискообразным телом. Например, камбала выглядит, как кусок раскатанного теста, и глаза у нее находятся на верхней половине тела. Причем эта сторона тела камбалы темная и способна изменять окраску под фон грунта. Цилиндрическое, змеевидное тело угрей позволяет им быстро ползать по дну. А морские коньки напоминают растрепанные листья водорослей, за которые они цепляются своим хвостом.

Фантастической внешностью поражают глубоководные рыбы. Тело у них либо вытянутое, лентовидной формы, как, например, у рыбы-сабли, либо змеевидное с плавниками самых разнообразных форм. Голова чаще всего имеет огромные глаза и рот. К тому же эти рыбы снабжены различными светящимися органами.

А некоторые пелагические рыбы, проводящие всю жизнь в активном плавании, наделены веретенообразным телом и плавниками наподобие крыльев. Уходя от преследования хищника, с их помощью они выпрыгивают из воды и способны пронестись над поверхностью моря на расстояние 100 метров.

Таким образом, строение организма живых существ точно соответствует образу их жизни и условиям обитания.

Удивительные системы организма

Для того чтобы обитать в любых уголках планеты и выполнять свои задачи на Земле, все живые создания получили от Творца определенную форму тела, особенности организма, а также сложнейшие многофункциональные системы.

Нервная система. Все процессы жизнедеятельности организма и поведение животных управляемы их нервной системой с ее центральным отделом – мозгом (мозговым центром), а также многочисленными анализирующими системами. Такой премудро «сконструированный» комплекс систем организма является необычайно важным даром живым существам. Причем у каждого вида эти взаимосвязанные системы имеют свои целесообразные особенности.

Нервную систему можно представить, как густую сеть проложенных в теле тончайших проводов, по которым мчатся с огромной скоростью различные сигналы и приказы. К примеру, у человека тонкие нити нервов тянутся к мозгу от всех точек тела: глаз, ушей, носа, языка, кожи и всех внутренних органов. Если бы соединить их все вместе, то тонкая, как паутинка, ниточка дважды дотянулась бы от Земли до Луны и обратно.

В нервной системе, куда ни загляни, всюду можно обнаружить, вроде бы, сходную деятельность: потоки нервных импульсов электрической природы. В то же время эти импульсы обеспечивают совершенно разный эффект. При раздражении уха поток электрических импульсов проходит по нервным волокнам к определенному участку мозга – и мы слышим звуки. Вместе с тем аналогичные сигналы, идущие от глаз, приводят к качественно совсем иному ощущению – света.

Волокна нервов устроены подобно электрическим проводам в резиновой оболочке. Они тоньше волоса, но, тем не менее, каждое нервное волоконце лежит в специальном гибком футлярчике. Он надежно отгораживает одно волоконце от другого, чтобы передавать донесения или приказы туда и обратно, не мешая соседям.

Нервная система призвана:

• воспринимать с помощью органов чувств и отдельных рецепторов внешние и внутренние раздражения;

• мгновенно перерабатывать с помощью системы анализаторов поступающие сигналы для подготовки и осуществления ответной реакции;

• координировать деятельность организма, управлять всеми органами и системами, уравновешивать их со средой для функционирования организма как единого целого;

• хранить в памяти в закодированном виде наследственную и приобретенную информацию, а также мгновенно извлекать ее по мере необходимости;

• разворачивать во времени инстинктивное поведение живых существ и обеспечивать их развитие за счет обучения, приобретения опыта и навыков;

• осуществлять высшую нервную деятельность, включая элементарное мышление (рассудочную деятельность) – для животных некоторых видов.

Нераскрытые тайны мозга. Ученые еще в недавнем прошлом утверждали, что для анатома и физиолога само собой понятно: «высокая степень разума животного должна соединяться с сильным развитием нервной системы и в особенности мыслительного аппарата – мозга». Считалось, что орган и его функция всегда должны стоять в известных отношениях друг к другу. Однако, как оказалось, все в живой природе гораздо сложнее, в чем вам предстоит убедиться.

Так, между мозгом насекомого и мозгом позвоночного существуют весьма значительные различия. И в то же время совсем крошечный мозг мухи, пчелы, бабочки или другого насекомого позволяет им не хуже млекопитающих видеть и слышать, осязать и чувствовать вкус, передвигаться с большой точностью и, более того, летать на значительные расстояния, пользуясь внутренней «картой», взаимодействовать между собой, обучаться. В чем же причина такого несоответствия?

Дело в том, что исследователями отчасти установлены направления потоков информации в мозге. По поведению животного можно судить о том, какие им приняты решения. Но что при этом происходит в скоплениях нейронов врожденного «индивидуального компьютера» живого существа?

Что об этом может сказать наука, та же нейробиология? Смогла ли она разгадать тайну мозга – этой самой сложной и таинственной из данностей, известных людям?

Первый нейробиологический опыт принадлежит древнеримскому врачу Галену. Перерезав у свиньи нервные волокна, с помощью которых мозг управлял мышцами гортани, он лишил ее голоса – животное тотчас онемело. Это было во II веке.

Далеко ли с тех пор ушла наука в своих познаниях о принципе работы мозга?

Оказывается, несмотря на огромный труд ученых, принцип работы даже одной нервной клетки, так называемого «кирпичика», из которого построен мозг, является тайной.

Нейробиологи многое понимают из того, как нейрон «ест» и «пьет». Как он получает необходимую для своей жизнедеятельности энергию, усваивая необходимые вещества, извлеченные из среды обитания. Как затем этот нейрон посылает соседям самую различную информацию в виде сигналов, зашифрованную либо в определенной серии электрических импульсов, либо в разнообразных комбинациях химических веществ.

А что потом? Вот получила нервная клетка конкретный сигнал, и в ее глубинах началась в содружестве с другими клетками, образующими всю разветвленную нервную систему и мозг животного, уникальная деятельность. Происходит запоминание пришедшей информации, извлечение из памяти нужных сведений, принятие решений, отдача приказов мышцам и различным органам. Однако каким образом? На это сегодня нет четкого ответа. Ну, а поскольку непонятно, как действуют отдельные нервные клетки и их комплексы, то не ясен и принцип работы мозга в целом.

«В мире земном есть много еще явлений, для нашего ума необъяснимых. Но при всем том в нем в таком свете является великий Ум Божественный, что нельзя не прийти к убеждению в том, что совершающееся для нас на земле непонятное совершается также по планам премудрости Божественной».

Так говорит сам Бог: «Как небо выше земли, так пути Мои выше путей ваших и мысли Мои выше мыслей ваших» (Ис. 55, 9) («О святой православной вере»).

Мозг и перестройка организма. Среди многих тайн, связанных с деятельностью мозга, существует удивительное явление, возникающее при метаморфозе. Метаморфоз (от греч. metamorphosis – превращение) – это переход одной стадии или формы послезародышевого развития некоторых животных в другую, выражающийся нередко в резком изменении строения животного. Он присущ не только многим видам беспозвоночных, но даже позвоночным животным – ряду рыб и земноводных. В его основе лежит глубокое преобразование строения организма личинки в процессе превращения во взрослую особь.

Общеизвестен такой пример метаморфоза, как превращение гусеницы в бабочку. Но, вероятно, мало кто задумывался, сохраняется ли при этом мозг или образуется новый.

У гусениц органы чувств и функции мозга хотя и достаточно сложны, но все же не настолько, как у взрослой бабочки. Ведь гусенице в основном необходимо управление мощными челюстями, системой пищеварения и относительно громоздким способом передвижения.

У бабочек же, в которых они впоследствии превратятся, хорошо развиты сенсорные органы и система передвижения, обеспечивающая виртуозный полет. Ее мозг управляет огромным комплексом целесообразного поведения, включая сложнейшие репродуктивные действия. Ведь жизненная цель бабочек – продолжение рода. Следовательно, мир бабочек значительно отличается от мира гусениц.

Во время метаморфоза организм гусеницы, ставшей на это время куколкой, чудесным образом полностью меняется на организм бабочки. В теле куколки происходит разрушение личиночных тканей и формирование органов взрослого насекомого. Одно существо как бы растворяется, и из разжиженной массы чудесным образом появляется другое.

Только представьте, как у куколки довольно быстро исчезают ноги, которые находились на брюшке, и уже в другом месте, в грудном отделе, создаются длинные ноги взрослого насекомого бабочки. А вместо жующих ротовых частей формируется изящный хоботок. Преобразуется и мышечная система. Появляются новые части тела – прекрасные крылья, расписанные различными

красками. Для получения красящего пигмента создаются очень сложные химические производства и т. д.

И хотя сущность этих превращений издавна привлекает внимание исследователей, механизмы и процессы при метаморфозе во многом не ясны. Например, не понятно, что происходит в это время с мозгом насекомого. Ведь при его обновлении появляются новые нервные клетки и связи между ними. Предыдущие же клетки мозга либо частично сохраняют свои функции, либо меняют их, либо перемещаются на другое место, либо погибают. Каким же образом тогда осуществляется руководство процессами построения всего нового организма?

Как считают некоторые ученые-биологи, в процессе перестройки мозга сохраняется таинственный «мозговой центр». Он и несет в себе весь уникальный комплекс генетических знаний по созданию организма бабочки из «строительных материалов» гусеницы.

Где находится «мозговой центр» у взрослых насекомых?

Вопрос об этом возникает не напрасно. Например, такое полужесткокрылое насекомое, как родниус, может целый год прожить без головы. При этом у него, как и у некоторых других групп насекомых, даже не исчезает реакция на свет. Оказывается, их глаза, хотя и создают зрительные образы, но не являются единственным источником световой чувствительности.

Но более всего поражают муравьи. Муравей с отрезанным брюшком может нормально выполнять свои обязанности – защищаться, таскать добычу, коконы, личинок и производить другие работы. Но и обезглавленный муравей в течение часа ползает и продолжает свою жизнедеятельность. А грудь муравья, лишенная головы и брюшка, может такое же время кружить короткими шажками и при падении подниматься.

Но самое удивительное, что и головы муравьев могут довольно долго жить без туловища, демонстрируя обычные реакции. В эксперименте рядом были помещены две головы муравьев из разных колоний. Они стали ощупывать друг друга с помощью антенн, открывать и закрывать жвала, после чего вступили в схватку, которая продолжалась около часа.

Так где же у насекомых сосредоточен «мозговой центр»? Это по-прежнему остается тайной.

Анализаторы и живые «приборы». Каким образом все живые существа – от тех, кого незаслуженно относят к «примитивным», до очень сложных – познают окружающий мир и ощущают изменения в своем организме? С помощью чего они определяют конкретную цель и точно, целеустремленно направляются именно к ней? Чем обеспечивается управление движением, да и вообще их разнообразной деятельностью? Чем наделил их для этого Создатель?

Таким даром животным является нервная система, а также система анализаторов, благодаря чему многие животные отлично видят и слышат, определяют присутствие в окружающей среде даже минимальных количеств химических веществ, находят пищевой источник или свою брачную пару и т. п. Эти системы являются «окнами» в мир и обеспечивают способность животных воспринимать и анализировать внешнюю информацию.

Основными частями анализаторов являются:

• рецепторный отдел – например, органы чувств (зрения, слуха, обоняния, вкуса, осязания), расположенные с соответствующими рецепторами (от лат. recipere – получать) на периферии (конце) анализатора. Он является воспринимающим устройством;

• проводниковая часть, образованная проводящими нервными путями, которые идут от рецепторов в «мозговой» отдел;

• центральный, «мозговой», отдел – это определенные для каждого вида анализаторов участки мозга, обрабатывающие сигналы от воспринимающего рецепторного устройства.

Существуют анализаторы, связанные с органами чувств, анализаторы мышц и внутренних органов. Кроме того, животные наделены таинственными «приборами» для восприятия различных физических полей.

С помощью анализирующих систем и живых приборов они способны, например, предсказывать землетрясения и предстоящую погоду, чтобы строить свое поведение сообразно ее изменениям, делать долгосрочные прогнозы, хорошо ориентироваться в пространстве и времени, чувствовать приближение опасности и многое другое.

Анализирующие системы и устройства позволяют животным также ощущать внутренние изменения в организме. Это необходимо, чтобы вовремя на них реагировать, выключая одни и включая другие процессы, обеспечивая таким образом непрерывность циклов жизнедеятельности или же исправляя появившиеся «неполадки».

Анализирующие системы настолько сложны и совершенны, что до сих пор научные знания о них совсем незначительны, хотя в живой природе они используются очень широко. Что же представляет собой каждая из этих сложнейших анализирующих систем?

Зрительная система

Зрение дано живым созданиям, чтобы добывать пищу, находить свое жилище, узнавать друг друга, врага. Лучше всего оно развито у животных-охотников.

Большинство животных видит мир черно-белым, окружающее предстает перед ними как бы в сумраке – серым или, быть может, в бледных пастельных тонах. Но зато для них, как и для многих других животных, мир богат звуками и запахами, которые зачастую недоступны человеку.

Зрительный анализатор. Для восприятия и анализа зрительных раздражений существует зрительный анализатор. Здесь особо чувствительной клеткой является фоторецептор. А с ним связаны проводящие пути (зрительный нерв) и другие нервные клетки, расположенные на разных уровнях нервной системы.

При восприятии световой информации последовательность событий такова. Полученные сигналы (кванты света) мгновенно кодируются и в форме электрических импульсов передаются по проводящим путям в определенное место центральной нервной системы. Там эти сигналы декодируются (расшифровываются) в соответствующее зрительное восприятие. Для его распознания из памяти извлекаются эталоны зрительных образов и другие необходимые сведения. А далее поступает команда различным органам для адекватного и быстрого ответного действия.

Телескопические трубы паука. С помощью сложного анализа ситуации охотится, например, паук-скакунчик. Его глаза обладают удивительным свойством. Крайние глаза видят не только то, что впереди и сбоку от паука, но даже позади него. А два средних глаза представляют собой настоящие телескопические трубы. Они даны скакунчику для того, чтобы рассматривать удаленные от него предметы, к которым он проявляет особый интерес. При этом сам корпус трубы надежно закреплен на теле, а сетчатка, принимающая изображение, перемещается в ту или иную сторону. Так что, исследуя окружающее пространство, паук даже не вращает глазами.

Трудно представить всю сложность зрительного анализа, каким обеспечено это маленькое существо, чтобы оно могло одновременно оценивать и общую ситуацию в окружающей среде и фиксировать конкретную цель для охоты.

Управление движением. Действия животных, направленные на достижение определенной цели, определяют их сенсорные и управляющие системы.

Человек, веками создавая «рукотворные» машины и механизмы, лишь недавно стал сознавать, что делает некоторое упрощенное, приблизительное подобие того, чем обладают живые управляющие системы. Ведь они удивительно целесообразны и сложны.

Примером технической системы, способной к целенаправленным действиям, может послужить зенитное орудие, управляемое радаром. Не трудно проследить определенное сходство в действиях орудия и живой системы. Рассмотрим в качестве примера действия такой системы сложные управляемые движения лягушки.

Итак, когда цель оказывается в радиусе действия орудия, происходит наведение на нее и выпуск снаряда для поражения. Также и лягушка поворачивается или прыгает в сторону летящего насекомого и, с большой точностью выбросив язык, настигает добычу.

В обоих случаях механизмы, которые обеспечивают попадание, имеют общие главные элементы:

• движущуюся или неподвижную мишень;

• воспринимающее устройство (сенсорный орган): радар в случае зенитного орудия и глаз у лягушки. Это устройство необходимо, чтобы установить положение мишени и составляющих ее движений в трехмерном пространстве в определенный момент времени. То есть мишень как бы передает информацию о себе и своем местонахождении через воспринимающее устройство;

• систему обработки информации, или вычислительное устройство. Такая система анализирует полученную информацию и предсказывает положение мишени в последующие моменты. У лягушки для этого служит мозговой отдел системы зрительных анализаторов, а у зенитного орудия – специальное устройство. Они обеспечивают вычисление направленности движения ствола орудия и языка лягушки для поражения мишени. Все расчеты основываются на информации, поступающей от сенсорного органа – в одном случае радара и в другом глаза;

• орган действия – эффекторный орган, непосредственно осуществляющий управляемое действие. В случае орудия – ствол со снарядом, который при выстреле пересечет траекторию мишени в рассчитанный момент. В случае лягушки – мышцы ее липкого языка, обеспечивающие его выбрасывание изо рта. Причем для четкого контакта с добычей это должно происходить точно в расчетное время и с заданной скоростью.

Центром этих управляющих систем является вычислительное устройство, обрабатывающее информацию. Если работа устройства управления зенитным огнем вполне известна, то механизмы обработки информации в мозгу лягушки пока таят в себе много неясного. А ведь это пример только одного поведенческого акта из целого комплекса целенаправленных действий лягушки при пищевом поведении.

Не менее точный расчет сопровождает молниеносный прыжок этого животного в сторону добычи. И если случается, что он оказался недостаточно точным, то система управления позволяет скорректировать полет. Лягушка успевает развернуться в нужном направлении, орудуя растянутыми перепонками на широко расставленных пальцах лап. И делает она это в последний момент, так как во время прыжка ее глаза закрыты и втянуты внутрь орбит во избежание возможных травм. Лишь вблизи добычи в рассчитанный момент лягушка выставляет вперед лапы, открывает глаза, с высокой точностью корректирует движение тела и только потом выбрасывает свой липкий язык.