Ученые предполагают, ученые сомневаются

 

Перед современной биологией стоит величайшая задача: раскрыть тайны памяти. Над этой проблемой работают сотни ученых в различных странах мира. В настоящее время никто еще даже очень приблизительно не знает, что такое наша память, где, в каких отделах мозга, храним мы свои воспоминания, огромный багаж знаний, по крупинкам собираемый всю жизнь, а главное, как он там закодирован. Иными словами, ученым предстоит узнать, на какой бумаге, какими чернилами и используя какой алфавит фиксирует наш мозг поступающую в него информацию.

Это лишь некоторые из основных проблем памяти, а их немало. Например, не худо было бы знать, как ведется поиск, отбор и извлечение из хранилищ памяти нужной мозгу информации. Есть серьезные основания полагать, что человеческий мозг прочно фиксирует всю поступившую в него информацию, и только несовершенство механизма извлечения заставляет нас пользоваться лишь незначительной частью того, что хранится в кладовых нашего мозга.

Все существующие в настоящее время теории памяти можно группировать вокруг двух основных. Первая из них – биохимическая теория памяти. Она предполагает, что информация в мозгу кодируется на молекулах РНК, то есть рибонуклеиновой кислоты, или на каких-то других макромолекулах. В пользу этой теории говорит, во-первых, то, что биохимическое кодирование позволяет фиксировать практически неограниченное количество информации. Второй, еще более веский довод, что природа уже в первые моменты зарождения жизни изобрела именно этот способ хранения информации и до сих пор пользуется им для передачи сообщений от одного поколения к другому.

Речь идет о так называемой генетической информации, то есть о наборе очень жестких правил и требований, определяющих, каким должен быть представитель данного вида организмов. Он определяет не только внешний вид животного, особенности работы его внутренних органов, но даже поведение. Ведь муравьиному льву никто не показывает, как строить ловушки, подкарауливать и ловить добычу, паука никто не обучает плетению паутины, а бабочку-капустницу – отличать самцов своего вида от посторонних кавалеров. Все это врожденные знания, они так же прочно закреплены, как и другие свойства организма. Недаром Вагнер взамен морфологической классификации пауков (а ее нельзя считать очень удачной, так как некоторые виды очень похожи друг на друга) предложил классификацию, основывающуюся на их поведении.

Особенности поведения высших животных и даже человека отчасти определяются наследственностью. Новорожденного ребенка никто не учит сосать, это врожденная реакция организма. Подобных реакций, видимо, очень много, хотя о них еще пока мало известно.

Недавно ученым пришлось удивиться. Как оказалось, только что вылупившиеся из яйца цыплята, даже если они вывелись из яиц, отложенных курицей, которой самой никогда не приходилось встречаться с хищником, прекрасно умеют отличать хищных птиц от безобидных. Когда новорожденным цыплятам показывали движущийся силуэт летящего коршуна (маленькая втянутая в плечи головка, большие растопыренные крылья и длинное тонкое туловище и хвост), они панически пугались. Если тот же силуэт двигали в обратную сторону, то хвост превращался в голову на длинной вытянутой вперед шее, а небольшая голова в короткий хвост. Словом, птица напоминала летящую утку или гуся, и цыплята ее не боялись.

Значит, в мозгу крохотного цыпленка хранится образ хищной птицы, полученный им в наследство от родителей с помощью биохимического кода. А если полученный в наследство образ был закодирован биохимическим путем, почему образ, возникший на основе собственного опыта, не может кодироваться так же? Здесь уже неоднократно говорилось, что природа редко отказывается от удачных находок. Почему же ей вести себя иначе в отношении памяти?

Согласно второй теории процесс запоминания состоит в создании новой организации, в образовании новых связей между нервными клетками. Хватит ли человеку на всю жизнь этих потенциальных нервных контактов? Не потому ли в старости ослабевает память (возможность запоминать новые события), что резервы нервной системы оказываются исчерпанными? У математиков по этому поводу еще нет единой точки зрения. Однако, если учесть, что к телу любой нервной клетки приходит по нескольку тысяч нервных окончаний, можно допустить, что нервные сети человеческого мозга могут обеспечить хранение нужного количества информации.

Эту теорию сильно поддерживает то обстоятельство, что сами по себе нервные клетки на протяжении эволюции животных меняются мало. Биохимические процессы, протекающие в нейронах низших животных и человека, близки. Весь прогресс главным образом связан с увеличением нервных клеток и совершенствованием организации нервной системы.

Не все, что известно сейчас о памяти, укладывается в эту теорию. Если личинку какого-нибудь насекомого, например мучного хрущика, научить, двигаясь по лабиринту, всегда поворачивать направо, то и взрослое насекомое – жук сохранит этот навык. Значит, память у него не нарушилась. Между тем, когда личинка окукливается и начинается структурная реорганизация ее тела, у куколки разрушаются не только все нервные связи, но даже 90 процентов самих нервных клеток. Как при этом сохраняется память, остается только гадать.

Какая из двух теорий правильна, сейчас еще решить трудно. Только в отношении условнорефлекторной памяти существует достаточно единодушное мнение, что это временная связь нервных центров, в которых хранятся воспоминания об условном раздражителе, с командным пунктом реакции на него. Однако и здесь еще много неясного. Как образуется эта связь, неизвестно. Одни считают, что она чисто функциональная, то есть всего лишь улучшение проведения возбуждения в определенных синапсах. Другие предполагают, что при образовании условных рефлексов возникают новые контакты между нейронами либо в силу того, что их отростки растут, либо просто на отростках возникают новые синаптические образования.

Так или иначе работу мозга, высшую нервную деятельность, связывают с деятельностью нервных клеток. Это настолько широко известно, что абсолютно ни у кого не вызывает сомнения. Даже люди, очень далекие от подобных биологических проблем, и те совершенно уверены в этом. Не удивительно, что эффект разорвавшейся бомбы вызвала статья, опубликованная несколько лет назад известным американским профессором Галамбосом. Ученый утверждал, что восприятие внешнего мира, образование условных рефлексов, память – все основные функции мозга связаны вовсе не с нервными клетками, а с глией, с теми маленькими клеточками, которые окружают тела нейронов и заполняют промежутки между их отростками.

Нельзя сказать, что подобные невероятные идеи появляются в биологии редко, просто о них успевают забыть раньше, чем они получают всеобщую известность. Галамбосу повезло значительно больше, его идеи получили известность даже в нашей стране, для науки которой изучение нервной системы является традиционным. Однако обсуждать деятельность глиальных элементов с фактами в руках ученые в то время оказались не в состоянии. Просто о глии почти ничего не было известно, хотя глиальных клеток во много раз больше, чем нервных. Раньше считали, что они выполняют лишь опорную функцию, поддерживая нейроны и снабжая их всем необходимым, так как кровеносные капилляры нигде непосредственно с нервными клетками не соприкасаются.

Казалось, идея, выдвинутая Галамбосом, настолько несостоятельна, что завянет прямо на корню. Но нет! Время от времени в разных странах мира, в том числе и у нас, появляются его сторонники. Например, среди грузинских физиологов возникло предположение, что глия выполняет гораздо более важную роль, чем ей до сих пор отводилась. Правда, в отличие от Галамбоса они не приписывают ей функцию сознания или памяти, но предполагают, что глиальные элементы обеспечивают функцию замыкания временной связи при выработке условных рефлексов.

Гистологам уже давно известно, что большое количество окончаний нервных отростков в центральной нервной системе остаются голыми, не покрытыми миелиновой оболочкой. Расчеты показывают, что электрический ток из таких нервных окончаний должен рассеиваться и они должны быть малодейственными для передачи возбуждения на соседнее волокно. Грузинские ученые предполагают: механизм замыкания как раз в том и состоит, что ранее голое нервное окончание одевается миелиновой оболочкой и становится в функциональном отношении более активным. Эту изоляцию формируют глиальные клетки, отростки которых накручиваются на нервное волокно, создавая многослойную миелиновую оболочку.

Подтвердятся ли в дальнейшем высказанные предположения, пока сказать трудно, ведь изучение глии только начинается. Однако не подлежит сомнению, что подобные исследования заставят по-новому взглянуть на физиологические механизмы основных функций центральной нервной системы.

 

Храбрый обманщик

 

Человеку не раз приходилось сравнивать животных с людьми. В результате таких сравнений появилось множество удивительных имен: рыба-хирург – названа так за острые шипы на хвосте, напоминающие хирургический скальпель; тюлень-монах – потому, что, сидя на прибрежных скалах, своею позой очень похож на склонившегося в молитве монаха; крабы-солдаты – за умение ходить строем…

Однако нередко бывает наоборот, и мы людей сравниваем с животными. Когда я называю свою дочурку лисой патрикеевной, она понимает, что ее считают плутишкой. А когда, наказанная за шалости, она делает обиженный вид и я говорю ей: «Ну, ежик, опусти свои иголки», – это значит: сама виновата и обижаться на папу не стоит.

К сожалению, нередко сравнения с животными бывают обидными. Иногда мы, невоздержанные на язык взрослые, сравниваем своих ближних и со змеей подколодной, и с поросенком, и, что еще хуже, с его мамой. Такие сравнения с животными обычны у всех народов. В Соединенных Штатах, например, бытует крылатое выражение: «играть роль опоссума». Откуда оно возникло? Что означает? Не обидно ли?

Опоссум небольшое животное, длиной 40–45 сантиметров, внешним видом напоминающее крупную крысу. У него такая же длинная острая мордочка, большие усы и очень длинный хвост. Уцепившись за него своими тоненькими хвостиками, малютки опоссумы отправляются путешествовать на спине у своей матери.

Живут опоссумы в Америке, а у нас в Европе они известны, пожалуй, только ученым, да и то лишь потому, что относятся к сумчатым, то есть матери у опоссумов, как и австралийские кенгуру, носят своих новорожденных детенышей (пока те достаточно не подрастут) в специальной сумке, иначе беспомощные малыши существовать просто не могут.

У себя на родине опоссумы известны всем, и выражение «играть роль опоссума» ни у кого не вызовет недоумения. Когда на футбольном поле собьют парнишку и он лежит себе на траве, не собираясь подняться, товарищи кричат ему: «Довольно играть опоссума!» Это значит, вставай, нечего притворяться мертвым. Виновник не обижается: товарищи догадались, что он пострадал не сильно и просто шутит.

Совсем другое дело, если класс, собравшись после уроков, говорит одному из своих членов, что он играет роль опоссума. Тут уж без обиды не обойтись: это значит, что товарищи считают его обманщиком.

Слава опоссума как беззастенчивого очковтирателя не случайна. Виной тому довольно странное на первый взгляд поведение животного. Когда зверек попадает в беду: хищник захватит его врасплох или просто не удается удрать от опасного преследователя, он притворяется мертвым. На первый взгляд такой способ обороны может показаться просто глупым. Однако с выводами спешить не стоит. Если бы это было так, опоссумы давно перестали бы существовать.

«Психологический» метод борьбы со своими врагами (иначе его и не назовешь) основан на том, что все необычное вызывает у животных страх, или, как говорят ученые, ориентировочно-оборонительную реакцию.

От страха не мудрено и голод забыть, тут уж не до охоты.

Ни один хищник, какой бы опасный он ни был, ни лисица, ни волк, ни даже лев или тигр, наткнувшись на свежеубитое животное, не набросится на него тотчас же. Неподвижность мертвой добычи, неестественность позы является необычным и вызывает у хищника страх. Он будет долго бродить вокруг да около, прежде чем убедится, что никакой опасности нет, то есть пока не ослабнет ориентировочно-оборонительная реакция. Только тогда, очень постепенно, с большими предосторожностями хищник рискнет приблизиться к добыче.

Нередко страх оказывается сильнее голода, и, казалось бы, весьма лакомая пища остается нетронутой. Такое поведение дает возможность опоссуму выждать, выбрать удобный момент и удрать. Обычно его даже не преследуют. Очень резкий переход от полной неподвижности к движению – также малообычное явление, и оно, в свою очередь, вызывает страх.

«Психологический» способ обороны является настолько действенным, что нередко спасает опоссума, уже попавшего в зубы к своему врагу. Только старые и очень опытные хищники, много раз сталкивавшиеся с немудреной уловкой обманщика, способны разобраться в его хитростях. С таким «умным» врагом опоссуму лучше не встречаться, шансы спастись становятся для него ничтожными.

Уже много веков, как за опоссумом прочно утвердилась слава обманщика, одни лишь ученые еще сомневались в этом. Им не было достаточно ясно, действительно ли опоссум такой уж большой притворщик или просто от страха падает в обморок.

Недавно электрофизиологам удалось разгадать эту загадку. Как известно, в клетках головного мозга постоянно возникают электрические импульсы. По характеру электрических реакций нетрудно узнать, спит ли животное, находится под наркозом, в обмороке или его мозг работает нормально. Когда записали биотоки у опоссума в различные моменты его жизни, выяснилось, что, когда он притворяется мертвым, деятельность его мозга не только не угнетена, как бывает во время сна или под наркозом, а, наоборот, достигает своего максимума. Значит, опоссум действительно обманщик и дурная молва о нем не случайна.

 

Зеленая тоска

 

Как вы считаете, бывает ли грустно животным?

Давно известно, что тосковать могут не только люди, но даже крылатые и четвероногие существа. Тоскует лебедь по убитой подруге. Беспокоится, места себе не находит собака, когда у нее отбирают щенят. Домашние животные так привыкают к людям, что скучают, когда хозяев нет дома. В Милане собака 12 лет, не пропустив ни одного дня, ходила в паровозное депо встречать своего давно умершего хозяина-машиниста, а когда пришедший паровоз спускал пары и бригада его покидала, грустная, опустив голову и хвост, брела домой. Это ли не доказательство, что грусть животным знакома!

Да, высшим животным это чувство не чуждо. А как обстоит дело с более примитивными существами? Способны ли и они испытывать что-нибудь подобное? Судить об этом очень трудно. Как узнать, какое настроение у бабочки, порхающей на лугу? Спросить ее об этом нельзя. Единственный способ что-то понять – изучить в сходных условиях поведение самых разных животных. Выяснить, например, как они переносят одиночество, отсутствие контакта с себе подобными.

Для человека это тяжелое испытание. Широкую известность получили истории с так называемыми «робинзонами», то есть с людьми, в силу тех или иных обстоятельств вынужденными жить в полном одиночестве на необитаемых островах. У многих из них это вызвало серьезные психические расстройства. И не мудрено, человек существо социальное.

Среди животных тоже хуже всего переносят одиночество те, кто обычно живет стаями, даже если это совсем примитивные существа. Оказывается, они-то больше всего и страдают, когда отрываются от своего «коллектива». Высшие животные еще в состоянии как-то приспособиться к одиночеству. Многим из них человеческое общество может значительно скрасить безрадостное существование. Такие животные, как обезьяны, вероятно, видят в нас, людях, своих собратьев, только слегка экстравагантных, и неплохо уживаются с нами, легко обходясь без сородичей.

Гораздо хуже низшим существам. Им мы составить компанию не можем. Наши маленькие птички: корольки и длиннохвостые синицы очень плохо переносят неволю и быстро гибнут, если их держать по одной. Другое, дело, когда в клетке сидит целая стайка. В компании они живут веселей.

Среди рыб тоже есть немало компанейских. Если вы посадите в аквариум одну-единственную селедку, то через несколько дней она погибнет от самой настоящей зеленой тоски, но не по синему морю, как думали раньше, а по своим друзьям селедкам.

Даже некоторым насекомым компания совершенно необходима. Гусеницы походного шелкопряда, очень опасного вредителя наших лесов, растут всегда вместе. Плотной колонной переползают они с ветки на ветку, с дерева на дерево, уничтожая всю попадающуюся на пути зелень. Но если хоть одна из них отстанет и заблудится, она погибла. У такой гусеницы падает настроение, портится аппетит и понижается обмен веществ. Из нее уже никогда не разовьется взрослого насекомого. Если такой «загрустившей» гусенице показать через стекло кого-нибудь из ее подруг или хотя бы только чучело, настроение у нее сразу повышается, а с ним и обмен веществ.

Особенно тяжело одиночество переносят общественные насекомые: пчелы, муравьи и термиты. Им недостаточно одного-двух партнеров. Оставшись в одиночестве или в небольшой группе, они перестают питаться и скоро гибнут. Только когда «компания» достигает какого-то определенного размера, жизнь этих насекомых начинает упорядочиваться. Для пчел и муравьев такой минимум находится где-то в районе 25 особей. В меньших коллективах эти насекомые, привыкшие к тесноте своей многолюдной квартиры, могут не на шутку «затосковать».

 

Негритянский вопрос

 

Если бы вы могли побеседовать с группой североамериканцев, сочувствующих борьбе негров за свои права, то, к своему удивлению, смогли бы убедиться, что среди них немало людей, уверенных в том, что негры люди второго сорта. Сейчас хорошо известно, что в работе мышечной системы и внутренних органов никаких существенных различий нет. Сторонники идеи о расовых различиях видят основную разницу в психической сфере, то есть, иными словами, в работе головного мозга.

Поводом к подобному утверждению явились очень существенные различия в уровне культурного развития отдельных народов, населяющих нашу планету, которые существовали 300–400 лет назад, в эпоху крупных географических открытий, и до сих пор еще не сгладились. Хотя коренные народы Азии, Африки, Америки и Австралии подарили миру немало выдающихся личностей, все же вклад многих народов в развитие человеческой культуры остается ничтожным. Это, конечно, объясняется условиями жизни народов, а вовсе не их врожденной неполноценностью. Однако и по сей день расисты продолжают использовать факт неодинакового уровня развития культуры как доказательство неполноценности неевропейских народов.

А действительно, есть ли различия в работе головного мозга у отдельных рас людей?

Основное отличие работы мозга человека от мозга животных связано с использованием речи, второй сигнальной системы. Именно речь является чисто человеческим приобретением, и уж если различия между расами есть, они должны обнаружиться в мозговых механизмах речи.

О работе человеческого мозга особенно много сведений собрали врачи, следившие за изменениями психических реакций при тех или иных его поражениях. Уже давно подметили, что повреждение одних районов больших полушарий головного мозга вызывает параличи, других – нарушение слуха или зрения. Было замечено, что при поражении некоторых участков мозга больше всего страдает речь. Причем при повреждении височных отделов левого полушария больные слышали, но переставали понимать речь; при поражении лобных отделов того же полушария на первый план выступали нарушения артикуляции; при теменно-затылочных повреждениях мог нарушиться счет. Некоторые поражения мозга вызывают нарушение письма или чтения.

Когда наблюдений накопилось достаточно много, выяснилось, что повреждения височных областей мозга, которые у европейцев полностью нарушают письменную речь, у японцев вызывают гораздо менее тяжелые последствия, а у китайцев вообще ее не затрагивают. Зато повреждения в теменных областях, которые для европейца могут не иметь серьезных последствий, у японцев приводят к нарушению письменной речи, а у китайцев вызывают ее полное разрушение.

Выходит, в работе мозга существуют резко выраженные расовые различия? Прежде чем дать окончательный ответ на этот вопрос, необходимо сказать несколько слов об организации речевой функции.

Человеческая речь состоит из сложных комплексных звуков. Чтобы пользоваться речью, недостаточно иметь хорошо развитый слух. Для ребенка в первые месяцы жизни наша речь ничем не отличается от шума. Чтобы овладеть речью, ребенок должен научиться выделять из потока звуков существенные признаки, то есть фонемы. Поэтому для восприятия речи нужен не только тонкий, но главным образом систематизированный в отношении каждого конкретного языка слух.

Человек, незнакомый с иностранным языком, не в состоянии выделить из звукового потока членораздельные элементы этого языка и поэтому не может не только понять чужую речь, но даже повторить отдельные предложения или даже слова.

Интересно и очень важно, что в этом процессе принимают участие не только слуховые области мозга, но и артикуляционный аппарат, участвующий в производстве звуков, и соответствующие двигательные отделы мозга. Даже для взрослых людей, хотя это обычно не замечается, главным компонентом речи является не ее звуковая сторона и тем более не зрительная (письменная речь), а так называемое кинестетическое восприятие: то темное, неотчетливое чувство, которое зарождается в мышцах и сухожилиях артикуляционного аппарата во время двигательных актов.

Анализ слуховой информации происходит у людей в височных областях коры полушарий головного мозга. Как и все основные анализаторы человека, височные отделы коры состоят из первичных, или проекционных, отделов, куда приходят нервные волокна от каждого уха, и вторичных полей, в которые информация поступает уже не непосредственно с периферии, а предварительно проходя обработку в первичных полях.

Если болезнью затронуты первичные поля, у человека нарушается слух. Совершенно иная картина возникает при поражении вторичной зоны в левом полушарии. Слух у таких больных практически не нарушен, страдает лишь речевой слух. Они не могут отличить «д» от «т», «б» от «п», «з» от «с». Вполне понятно, что при этом нарушено понимание фонем, а отсюда и целых слов.

Слово «дом» звучит для больного как «том», «лом» или «ком». Он не только их не отличает на слух, но не в состоянии произнести. Поэтому в разговоре, когда попадаются такие слова, возникает затруднение. Больной никак не может подыскать нужное слово, вспомнить его и обычно заменяет чем-нибудь сходным по смыслу, вроде «ну это, где живут», вместо «дом», или «ну вот, чем на улице скалывают лед» вместо «лом». При более тяжелых формах сложных для больного слов попадается так много и он так часто ошибается в их произношении, что в конце концов речь становится совершенно неразборчивой.

Естественно, что у человека, который не замечает разницы между словами «дом», «том», «ком», вообще нарушается понимание речи. Очень интересно и мало еще понятно, почему у этих больных в первую очередь нарушается понимание существительных, а речь состоит главным образом из связок, предлогов, наречий, глаголов и слов, выражающих отношение.

Вторая интересная особенность этих больных заключается в том, что нарушение «речевого» слуха может не отразиться на мелодическом, музыкальном слухе. Медицине известно несколько случаев, когда очень известные, выдающиеся композиторы, потеряв вследствие перенесенной тяжелой болезни речевой слух и соответственно речь, сохранили способность сочинять музыку и продолжали плодотворно работать. Наоборот, повреждение аналогичных участков мозга в правом полушарии не затрагивает речь, но может нарушить мелодический слух.

Письменная речь у людей с повреждением вторичных полей слухового анализатора также оказывается нарушенной. Больные могут правильно списывать, легко справляются со знакомыми словами, вроде «Москва», «мать», легко воспроизводят свою подпись или зрительно очень знакомую символику, вроде «СССР», «КПСС». Написать же несколько слов под диктовку, а тем более самостоятельно такие больные совершенно не могут. Чтение тоже страдает. Некоторые очень знакомые слова и даже целые фразы могут быть узнаны и правильно поняты, прочитать же отдельные буквы, слоги или менее знакомые слова больные не в состоянии.

Таким образом, не расстройство зрительной функции, а нарушение фонематического слуха мешает больным читать и писать. В этом и состоит разгадка удивительного факта, что у китайцев эти поражения не отражаются на письменной речи, ведь она у них иероглифическая, не связанная непосредственно с фонематическим слухом. Китаец может писать или понять написанное, но прочитать вслух не в состоянии. Если он знаком с каким-нибудь европейским языком, он теряет способность читать и писать на нем.

Наоборот, у европейца, хорошо владеющего китайской речью, при аналогичных поражениях нарушается письменная речь на родном языке, но сохраняется способность понимать иероглифы.

Письменная речь японцев сочетает иероглифы с фонематическим способом передачи слов, поэтому она при сходных повреждениях мозга нарушается, но менее значительно, чем у европейцев.

Восприятие иероглифов связано с работой затылочно-теменных отделов мозга. При их повреждении на первый план чаще всего выступает нарушение зрения. Больные не узнают нарисованных предметов, хотя хорошо их воспринимают. Рассматривая портрет, больные находят нос, рот, глаза, но синтезировать из отдельных деталей целый рисунок не в состоянии. Целое для них остается неясным, и они очень неуверенно говорят, что, вероятно, нарисован человек. Если изображенный на портрете имел усы, больной может сделать вывод, что нарисован кот.

Не удивительно, что способность понимать текст, написанный с помощью иероглифов, у таких больных полностью нарушена. Если при этом понимание букв, как менее сложных знаков, сохранено, то чтение и письмо на других языках не страдает. Это, безусловно, никак не связано ни с национальными, ни с расовыми особенностями людей. У китайцев, знающих европейские языки, чтение и письмо на них не нарушаются, наоборот, европейцы, знающие иероглифы, утрачивают способность читать китайские тексты.

Итак, своеобразие психических процессов, оказывается, никак не связано с расовой принадлежностью людей, а всецело зависит от воспитания и обучения, то есть в конечном итоге от образования целых иерархий сложнейших систем условнорефлекторных связей.

 

 

Аисты и капуста

 

Почему же все-таки два?

 

На нашей планете обитает несколько миллионов видов животных. Они редко бывают похожи друг на друга. Одни живут в воде, другие на суше, одни любят холод, другие предпочитают тепло, некоторым необходимо высокое давление, многие могут жить почти в вакууме. Но как ни различны между собой отдельные виды животных, у всех у них есть нечто общее, представители каждого вида делятся на мужские и женские особи. Только очень примитивные существа не имеют пола.

Зачем же понадобилось природе разделить все живое на две противоположные группы? С выполнением какой задачи не мог справиться один организм?

Обычно существование двух прямо противоположных полов связывают с потребностями самого процесса размножения. Но это никак не может быть первопричиной раздельнополости. Ведь примитивные организмы, у которых такого разделения еще не произошло, превосходно размножаются, и немало раздельнополых существ сохраняют способность размножаться бесполым путем.

Бесполое размножение распространено довольно широко. Наиболее простой способ – деление. Так размножаются амебы, инфузории и многие другие одноклеточные организмы. В самых общих чертах он состоит в следующем: само тело клетки, ее ядро, все составляющие ядро хромосомы делятся на две равные части, в результате чего из одной клетки возникают два совершенно одинаковых организма, ничем не отличающихся от первоначальной материнской клетки.

Иногда приходится прибегать к различным ухищрениям. Очень интересно наблюдать деление тэкамебы, живущей в миниатюрной раковине. Процесс начинается с того, что материнская клетка через отверстие в раковине выползает наружу и здесь создает второй домик – раковину, являющуюся зеркальным изображением основной. Первоначально обе раковины соединены друг с другом. Закончив постройку нового дома, тэкамеба несколько раз заползает то в один, то в другой, как бы проверяя, все ли в порядке. Потом тело ее делится на два самостоятельных организма, и новые клетки расползаются по своим раковинам, а последние отделяются друг от друга. С этой минуты оба организма существуют как самостоятельные.

Другой способ бесполого размножения называется почкованием. Он состоит в том, что от родительского организма отделяется небольшая часть. Если это одноклеточный организм, то в выделившейся части находится и маленькое ядрышко. От многоклеточного организма отделяется целая группа клеток, из которых впоследствии вырастает новая особь. Так размножаются дрожжи, а из многоклеточных – гидра.

Третий способ бесполого размножения – спорообразование. При этой форме размножения ядро родительского организма делится на несколько, иногда на очень большое количество маленьких ядер, после чего делится на такое же число частей и сама клетка.

Вновь образованные маленькие клеточки – споры не похожи на родительский организм. Они очень малы и в отличие от взрослых организмов заключены в прочную защитную оболочку, которая предохраняет от любых неблагоприятных воздействий окружающей среды. Благодаря этому споры могут переносить разные превратности судьбы: высушивание, сильное нагревание или охлаждение.

Спорами размножаются возбудители малярии – плазмодии, паразитирующие в красных кровяных тельцах человека. Там каждый плазмодий делится на 12 или 24 споры. Когда все споры, сколько бы их ни было в крови человека, разом покидают красные кровяные тельца, последние разрушаются, и это вызывает очередной малярийный приступ. Плазмодиям свойственно не только бесполое размножение. Попав вместе с зараженной человеческой кровью в пищеварительный тракт комара, они размножаются половым путем.

Вот видите, сколько способов бесполого размножения придумала природа. Значит, вовсе не задачи размножения вызвали появление двух полов. Что же тогда еще?

Возникло предположение, что при длительном бесполом размножении вследствие нарушения генетического кода должно произойти вырождение организмов, как это наблюдается в случае браков между близкими родственниками. Предположения, как известно, сами по себе ничего не стоят. Ученым нужны были точные факты. Решили поставить опыт на таком организме, который может одинаково легко размножаться и половым и бесполым путем.

Выбор пал на инфузорию туфельку, довольно крупный и очень сложно устроенный одноклеточный организм. Опыт ставился таким образом, что как только живущая в одиночку инфузория туфелька делилась, давая два самостоятельных организма, их тотчас разделяли, чтобы помешать половому размножению. В условиях такого эксперимента туфельки делятся обычно два раза в день. У исследователей хватило терпения в течение 22 лет наблюдать за размножением одной-единственной инфузории! За это время успело смениться 13 500 поколений. Предполагаемого вырождения и гибели потомства не произошло.

Таким образом, даже организмы, которым свойственны оба типа размножения, могут на протяжении десятков тысяч поколений без особого ущерба для себя размножаться только бесполым путем. Очевидно, необходимость двух полов заключается в чем-то другом. Она становится более понятной, если разобраться, какую роль в процессе размножения выполняет каждый пол.

Любой вид животных для своего существования нуждается в воспроизводстве достаточного количества хорошо подготовленных к жизни детенышей. Если отбросить некоторые исключения, то можно утверждать, что количество детенышей зависит главным образом от количества взрослых самок. Любой самец может вступить в брак со многими самками.

Какую же функцию выполняют самцы? Мужчины, оказывается, отвечают за качество. Обзавестись семьей способен далеко не каждый. Чтобы заполучить самку, приходится выдержать жестокую конкуренцию. Семьянинами становятся в первую очередь хорошо приспособленные к жизни самцы.

Речь, безусловно, идет не только о физической силе, хотя и она совершенно необходима, чтобы получить и удержать гнездовой участок или выйти победителем из рыцарских турниров, которые устраивают самцы многих видов животных. Дети всегда бывают похожи на родителей, и более приспособленные к жизни самцы, естественно, дадут более полноценное потомство.

Чтобы самцы могли справиться со своими обязанностями, осуществлять контроль за качеством потомства, они должны быть хорошо осведомлены о всех изменениях окружающей среды, а для этого, во-первых, должны быть менее приспособленными к жизни, чем самки, чтобы сразу же почувствовать малейшее ухудшение условий жизни, а во-вторых, очень разными, чтобы одни осуществляли контроль главным образом за климатическими условиями, другие за пищевыми ресурсами, третьи за естественными врагами.

Действительно, самцы, а вовсе не самки, как это принято считать, являются слабым полом. Даже человек ничем в этом отношении не отличается от остальных существ. Если взять хотя бы продолжительность жизни, то для всех народов она гораздо выше у женщин, чем у мужчин. В любой стране среди столетних людей не меньше 60 процентов женщин. Однако рекорды по долгожительству чаще всего дают мужчины. Хотя в массе своей они и хлюпики, но поскольку они очень отличаются друг от друга, среди них всегда найдется один-два, которые станут чемпионами.

Памятуя эти обстоятельства, мы легко поймем всю бесплодность споров об уровне умственных способностей мужчин и женщин, которые одно время были так модны. Действительно, женщины более однообразны, более похожи друг на друга и, видимо, подарили миру несколько меньше гениальных личностей. Но зато, несомненно, среди женщин значительно меньше круглых идиотов, чем среди мужчин.

Таким образом, основная причина двуполости – невозможность иным путем обеспечить необходимого количества высококачественного потомства.

Вторая причина возникновения двуполости состоит в том, что она позволила эволюции идти более быстрыми темпами. Ведь при бесполом размножении «ребенок» как две капли воды похож на мать. Только в силу случайных, редких причин он может от нее отличаться, поэтому новые признаки при бесполом размножении животных появляются редко и медленно накапливаются.

Совсем иная картина, когда у ребенка есть и отец и мать. Он что-то наследует от одного, что-то от другого родителя. Это не серийное производство, каждый ребенок создается, так сказать, по индивидуальному проекту, и если он оказался удачным, то новые ценные качества очень скоро станут широко распространенными среди данного вида животных.

 

Брак и семья

 

Большинство животных нашей планеты размножается половым путем. У одноклеточных организмов основным содержанием полового процесса является обмен ядерным веществом между обеими врачующимися клетками.

Вот как это происходит у инфузории туфельки. Две решившие приступить к половому размножению инфузории тесно прижимаются друг к другу брюшными сторонами так, что их ротовые отверстия совпадают. Затем у обоих вступивших в контакт организмов многократно делятся ядра, претерпевая при этом ряд превращений, в результате которых у каждой туфельки остается лишь по два ядра, женское, стационарное, и мужское, блуждающее, число хромосом в которых уменьшено вдвое. Инфузории взаимно обмениваются блуждающими ядрами. Переместившееся ядро сливается со стационарным ядром инфузории-хозяйки, в результате чего у каждой туфельки образуется по одному новому ядру с полным набором хромосом.

В половом размножении одноклеточных могут участвовать два совершенно одинаковых на вид организма, как это бывает у инфузории туфельки, или явно не похожие друг на друга существа. У малярийного плазмодия, о котором уже шла речь, после ряда бесполых поколений, состоящих из одинаковых, как две капли воды похожих друг на друга спор, из которых развиваются также похожие друг на друга амебообразные существа, на 10–11-й день возникает половое поколение, состоящее из более мелких мужских и более крупных женских особей, которые размножаются уже половым путем.

У многоклеточных организмов есть особые половые клетки, слияние которых, или, правильнее, оплодотворение, и приводит к возникновению нового организма. Это сильно осложнило процесс размножения. Природе пришлось изобрести массу всевозможных приспособлений, чтобы обеспечить встречу мужских и женских половых клеток.

У большинства низших организмов она происходит на стороне, причем родители часто не прилагают никаких усилий, чтобы их половые клетки встретились. Нерадивым родителям, чтобы оставить потомство, приходится запасаться колоссальным количеством половых клеток, только в этом случае их можно выбрасывать просто на ветер, как поступают растения, рассеивая по белу свету свою пыльцу. У животных аналогичные процессы могут происходить только в воде, но, конечно, на значительно меньших пространствах.

Половые клетки не полагаются на случайные встречи. Обычно сперматозоиды – мужские половые клетки – способны двигаться самостоятельно, и иногда довольно быстро. Все же, чтобы большинство женских половых клеток оказалось оплодотворенным, количество мужских половых клеток должно значительно превосходить количество женских. Так размножаются медлительные морские звезды, усеянные колючками морские ежи и многие другие морские обитатели.

Половым клеткам колониальных животных, благодаря тому, что они живут все вместе, легче найти друг друга, но для этого они должны оказаться в воде одновременно. Но как животным сговориться между собой?

На этом уровне развития организмов понятен только химический язык. В половых клетках или вместе с ними в воду выбрасываются вещества, которые стимулируют выделение половых продуктов у животных того же и противоположного пола. Получив приказ, вся колония приступает к размножению. Почти одновременно на ограниченном пространстве накапливается большое количество половых клеток обоего пола. Только это и обеспечивает успешное оплодотворение.

Специалисты, занимающиеся промыслом устриц, давно овладели этим несложным языком. Они подсказывают устрицам, когда пора приступать к размножению. В благоприятное время года в воду на устричной банке одновременно выпускаются половые продукты, добытые от сотен или тысяч устриц. Это вызывает у свободно живущих устриц массовую яйцекладку и последующее оплодотворение выметанных яиц. Искусственно вызванная яйцекладка значительно повышает урожайность устричных угодий.

Животные, способные передвигаться, в брачный период собираются парами, группами или даже огромными стаями, как это бывает у рыб. Самцы всем своим поведением заставляют самку выметывать икру и тут же поливают ее молоками.

Еще более тесный контакт между самцом и самкой у земноводных. Как только наступит время для икрометания, самец лягушки находит себе подругу, крепко обхватывает ее передними лапками за талию и не отпускает, пока не будет отложена икра. Иногда встреча самца и самки происходит еще на берегу, вдали от подходящего водоема. Забавно наблюдать, как грузными прыжками спускаются к воде самки, неся на спине отцов своих будущих детей. Все время, пока самка откладывает икру, самец находится у нее за спиной. Это очень удобно, так как на выделившуюся икру тотчас извергается сперма.

У высших животных встреча половых клеток происходит внутри тела матери. Для этого у животных существуют особые приспособления – наружные половые органы. Чтобы обеспечить встречу половых клеток, самец и самка вступают в непосредственный контакт, который называется спариванием.

Спаривание у большинства животных бывает в строго определенное время года. Так происходит потому, что в остальные периоды жизни самки не имеют зрелых половых продуктов, их организм не подготовлен для размножения и не может обеспечить развития зародыша. Самцы теплокровных животных способны к спариванию в любое время года. Лишь у некоторых из них, например у самцов оленей, вне периода размножения зрелые половые клетки отсутствуют. Приуроченность размножения к определенному времени года вполне целесообразна, так как детеныши, рожденные в неблагоприятное для их развития время, неизбежно погибнут.

Есть животные, которые могут спариваться в любое время года, но продуктивно это закончится лишь в том случае, если и у самца и у самки в этот момент имеются зрелые половые продукты. Для человека таких периодов в году 13, но продолжительность каждого из них очень невелика, обычно не превышает суток. Следовательно, только в течение этих 13 дней женщина может стать матерью.

Не всегда внутреннее оплодотворение происходит в результате спаривания. У многих насекомых, у тритонов, аксолотлей, саламандр и других животных спаривания как такового не бывает. Самец откладывает сперматофор (небольшой мешочек, в котором находится сперма), и только затем он сам или самка засовывает его в половое отверстие. Часто вводится не весь сперматофор, а только его шейка, из отверстия которой сперматозоиды проникают в половые пути самки. Чтобы сперматофор не отвалился, существуют специальные приспособления – боковые отростки. С помощью этих отростков или особого клейкого секрета из придаточных желез самца сперматофор прочно прикрепляется к телу самки. Пустой сперматофор самки многих насекомых съедают.

Иногда все происходит еще проще. У некоторых насекомых сперма выбрасывается прямо наружу, потом с помощью ротовых придатков собирается самцом и вводится в половые органы самки.

Копулятивные органы самцов и половые отверстия самок могут находиться на различных частях тела, на лапках, на голове и т.д. Пауку крестовику в качестве копулятивного органа служит острие челюстного щупальца. Перед спариванием он плетет небольшую паутину и в нее выделяет сперму, после чего забирает особым выростом щупальца, как пипеткой, немного жидкости из выделенной им капли. Лишь после этого он может приступить к спариванию.

У улиток половое отверстие расположено на голове. У осьминога сперма содержится в одном из восьми щупалец, которое и вводится в половое отверстие самки при спаривании. Особенно интересно, что щупальце, наполненное сперматозоидами, может отделиться от тела осьминога и вести самостоятельный образ жизни.

Раньше такое щупальце считали особым животным и называли гетерокотилем. Никто и не подозревал, что это всего-навсего один из органов головоногого моллюска. Когда гетерокотиль встречает на своем пути самку осьминога, он заползает ей в половые пути, и там из него выдавливается сперма.

Самки некоторых насекомых не имеют специального полового отверстия. Самец вкалывает свой острый копулятивный орган в любую часть тела самки, а впрыснутые сперматозоиды блуждают по внутренним полостям, пока не наткнутся на яйцеклетку. То же самое наблюдается у коловраток и пиявок. Только в этом случае в тело самки вбуравливается сперматофор.

Процесс спаривания длится от нескольких секунд до нескольких дней. У лягушек ложное спаривание, о котором уже говорилось, продолжается до трех суток. У бабочек, спаривание которых длится несколько часов, самец выделяет специальное клейкое вещество, оно быстро твердеет на воздухе и прочно скрепляет его с самкой.

Иногда спаривание чревато опасными последствиями. Самец-паук осторожно подкрадывается к самке, ибо, если она его успеет увидеть, то непременно набросится и съест. Зато после спаривания ускользнуть удается немногим, паучиха непременно закусит своим супругом. Смертельная опасность грозит самцу даже во время спаривания, поэтому некоторые пауки накрепко запирают пасть самки особыми крючочками, расположенными на передних ногах. Не удивительно, что у некоторых южных пауков число самцов в десятки и даже сотни раз превышает число самок. Лишь в такой массе находится достаточное количество безрассудных, отваживающихся вступить в брак.

У некоторых животных спаривание всегда заканчивается гибелью одного из супругов. Трутень, которому во время брачного полета посчастливится обойти своих соперников и догнать самку, погибает сразу же после спаривания. У богомолов самка еще во время спаривания начинает поедать самца прямо с головы.

Еще трагичнее брачные обычаи одного из видов многощетинковых кольчецов. Настоящего спаривания у них не происходит. Сперму самец откладывает самке прямо в рот, после чего немедленно разрывает ее на части, благодаря чему сперматозоиды и получают возможность оплодотворить яйца, которые вываливаются из обрывков тела.

Многие животные, хотя и размножаются половым путем, настоящую семью не заводят. Семья возникла только потому, что появилась необходимость охранять, выкармливать и обучать детенышей. Характер семьи во многом определяют детеныши.

Иногда обязанности между родителями распределены так строго, что необходимо участие непременно обоих родителей, один выкормить их не может. Когда у ястреба-перепелятника выведутся птенцы, мать по-прежнему остается в гнезде, охраняя и обогревая своих птенцов. Ястребиху и ее выводок кормит отец. Он весь день проводит на охоте, а всю пойманную дичь несет домой и отдает ее супруге. (У многих животных в дом отцов не пускают.) Ощипывать, разрывать добычу на части и кормить птенцов он не умеет.

Если семья остается без отца, опытная самка может выкормить выводок, хотя носить добычу домой ей непривычно. Если семья остается без матери, она обречена на гибель. Несчастные птенцы умрут голодной смертью, так как пойманную добычу отец по-прежнему будет складывать на край гнезда, но кормить птенцов не станет.

У заботливых родителей браки бывают прочными. Очень часто они заключаются на всю жизнь. Это не значит, что супруги никогда в жизни не разлучаются. Такие пары среди животных редки. Обычно они живут вместе, только когда наступает время подумать о детях. Так поступает большинство наших перелетных птиц. На зимовках самцы и самки держатся порознь и часто также порознь возвращаются домой, чтобы встретиться лишь у родного гнезда.

Ученые считают, что браки животных, которые заключаются на всю жизнь, объясняются не нежными чувствами супругов друг к другу, а лишь привязанностью их к своему гнезду. Даже такие хорошие семьянины, какими повсеместно слывут аисты, легко берут себе в жены новую подругу. Самец весной первым возвращается на гнездовье, и, если в этот момент к нему присоединится молодая самка, он ее примет, а когда чуть позже прилетит хозяйка гнезда, будет равнодушно взирать на конфликт аистих. Та из них, которая выйдет победительницей, станет его женой.

Совсем иначе строится семья, когда детеныши рождаются на свет сильными и самостоятельными. Тогда нет необходимости обоим родителям принимать участие в воспитании малышей, и семья принимает самые неожиданные формы. Вот явилась ранним весенним утром стая самцов-судаков на родное нерестилище, где они сами когда-то появились на свет. Распалась стая. Каждый судак облюбовал себе местечко на дне, расчистил его и построил гнездо из корней подводных растений. Не удивляйтесь, не все рыбы просто выметывают икру, многие сооружают замысловатые гнезда.

Итак, отстроили самцы-судаки на нерестилище гнезда и поджидают появления самок, которые отложат икру и пойдут как ни в чем не бывало гулять по белу свету. Охранять икру остается самец, а когда из нее вылупятся судачата, он тоже покидает гнездо, и если по дороге не пообедает своими же детьми, то лишь потому, что уж больно мелки, не стоит с такой мелюзгой и связываться.

У рыб нередко семьянином оказывается только самец. Такие оригинальные семьи встречаются и у птиц. Миниатюрная самочка куличка-плавунчика утруждает себя только тем, что откладывает яйца, а высиживать их и возиться с малышами поручает отцу.

Еще интереснее семья у трехперстки, которая водится у нас на Дальнем Востоке. Весной, когда наступает пора размножения, самочка, как все порядочные птицы, строит гнездо, откладывает в него четыре яичка и оставляет их на попечение самца. А сама строит новое гнездышко, подыскивая нового самца, откладывает яички и снова удирает, и так несколько раз.

Полиандрия (многомужество) довольно редкое явление, зато полигамия (многоженство) распространена очень широко. Старые сильные самцы морских котиков и морских львов заводят себе целые гаремы из нескольких десятков самок. Известно многоженство у обезьян, у птиц, особенно среди куриных.

Иногда родители сами не ухаживают за детьми. Мать находит няньку, или, вернее, приемных родителей, и на их попечение оставляет своих детей. Таких хитрецов немало, 50 видов кукушек разбрасывают свои яйца по чужим гнездам, 10 видов африканских медоуказчиков и 4 вида ткачиков, а в Америке воловья птица.

Все гнездовые паразиты, так называют эту разнородную группу птиц, стремятся к тому, чтобы их птенец пользовался преимущественным вниманием приемных родителей. Для этого подросшие кукушата выбрасывают из гнезда своих сводных сестер и братьев. Воловьи птицы, отложив в чужое гнездо яйца, надклевывают все остальные, чтобы уберечь своего детеныша от опасных конкурентов.

Гнездовой паразитизм распространен в природе гораздо шире, чем об этом принято думать. Видимо, когда мест, подходящих для гнездовий, становится мало, многие птицы могут начать откладывать яйца в гнезда своих ближайших родственников. Наши северные кряквы, гоголи и живущие на берегах Сиваша пеганки поступают так довольно часто. Южноамериканская черноголовая утка никогда не вьет гнезда, а яйца свои разбрасывает по гнездам других крупных птиц, не очень заботясь, смогут ли выкормить ее утенка приемные родители. От вымирания эту утку, видимо, спасает очень большое количество яиц: кто-нибудь из птенцов да выживет.

Некоторые животные коллективно воспитывают детей. Императорские пингвины, живущие в Антарктике, водят своих малышей в детский сад, где они проводят в компании сверстников целые дни, пока родители ловят рыбу. Воспитываются пингвинята вместе, а кормятся врозь. Родители безошибочно находят среди десятков одинаковых шариков своего ребенка и заботливо наполняют пищей желудочек прожорливого младенца.

Особенно сложные и многочисленные семьи у общественных насекомых. У пчел в нее входит несколько десятков тысяч членов, а у муравьев и термитов количество членов в семье может достигать миллиона.

Семья у общественных насекомых не однородна, в ней много сословий: матка и самец – родители многочисленной семьи, рабочие и солдаты, длиннокрылые и короткокрылые и много разных переходных форм. Все члены семьи очень тесно связаны друг с другом. Если одного из них вырвать из коллектива, он непременно погибнет, даже если будет вдоволь воды и пищи. Рабочие особи, которые кормят и поят всю семью, оставшись одни, прокормить себя неспособны.

У общественных насекомых воспитание молодняка – очень сложный процесс. Без помощи заботливых кормилиц личинки жить не могут, но сами родители в этом процессе никакого участия не принимают. Пчелиная матка занимается только откладыванием яиц. Пара муравьев или термитов, основателей новой колонии, на первых порах вынуждена заботиться о своих детях, пока они не подросли, пока их не накопилось достаточно, чтобы взять на себя все заботы в семье. Тогда родители только едят и производят на свет потомство.

Интересной особенностью общественных насекомых является способность заключать коллективный брак. Обычно, когда наступает время роения, вылетевшие муравьи и термиты сбрасывают крылья, разбиваются на пары и отправляются на поиски подходящей норки, где и замуровываются, чтобы приняться за создание семьи. Нередко в норке может оказаться несколько самцов и самок. Это выгодно, больше надежды, что коллектив справится с трудностями и создаст семью. Зато когда семья уже создана, в ней остается только один половозрелый самец и одна половозрелая самка.

Много странного, неожиданного в семье общественных насекомых. Например, брак у них заключается на всю жизнь. Конечно, нерасторжимость брака объясняется совсем не взаимной привязанностью супругов. Разгадка верности кроется в очень своеобразном укладе жизни семьи общественных насекомых.

 

Два начала

 

У высших животных для воспроизведения потомства используются мужские и женские половые клетки, или гаметы. Они сильно отличаются друг от друга и от остальных клеток организма.

Женская половая клетка называется яйцом. Она крупная, имеющая овальную или шарообразную форму, содержит в большом количестве дейтоплазму (желток) – строительный материал, за счет которого у млекопитающих (кроме яйцекладущих: ехидны и утконоса) яйцо развивается в первый момент после оплодотворения, а у остальных животных до полного созревания зародыша. Вот почему клетки последних достигают прямо-таки гигантской величины.

Самыми большими яйцеклетками из всех живущих в настоящее время на Земле животных, если взять их со всеми оболочками, к которым у птиц относятся скорлупа и белок, являются яйца страусов. Вес этой клетки 2–3 килограмма. У вымерших доисторических рептилий и у еще сравнительно недавно жившего на Земле странствующего голубя объем яйца был с доброе ведро. Человеческая яйцеклетка относится к числу наиболее маленьких, ее диаметр равняется 0,2–0,5 миллиметра. У беспозвоночных известны еще более мелкие яйца, диаметр которых едва достигает 0,04 миллиметра.

Яйца созревают в женских половых органах – яичниках. У человека они формируются в раннем детстве, примерно к двум с половиной годам, и позже уже не изменяются. Удалось сосчитать, что в каждом яичнике в это время содержится по 30 000 яйцеклеток. В более ранний период их несколько больше, но начиная с шестого месяца внутриутробной жизни в яичнике эмбриона некоторые из них начинают созревать, однако полного развития не достигают.

Созревающее яйцо дважды делится и теряет при этом половину своих хромосом. Лишь после наступления у девушки половой зрелости яйцеклетка может достичь полного развития, и произойдет овуляция, выделение яйца из яичника. В течение жизни у женщины созревает лишь немногим более 400 яйцеклеток, по 13 в течение одного года.

Мужские половые клетки – сперматозоиды очень своеобразны и непохожи на другие клетки организма. Сперматозоиды различных животных отличаются друг от друга по внешнему виду. Общим является то, что они всегда меньше яйца и всем им присуща подвижность.

Сперматозоид млекопитающих состоит из небольшой головки и длинного хвоста, с помощью которого он передвигается. Длина человеческого сперматозоида 50–70 микрон, а его головки всего 4–5 микрон. Особенно сложно устроены сперматозоиды низших животных. Они часто бывают снабжены перфоратором в виде шила, сверла, долота или штопора для вскрытия яичной оболочки, а также лопастями, плавниками и другими приспособлениями.

Сперматозоиды развиваются в мужских половых железах – семенниках, которые у позвоночных животных бывают парными и располагаются в полости тела. Только у человека и некоторых млекопитающих они находятся в специальных мешочках непосредственно под кожей. Выход семенников наружу осуществляется во время внутриутробной жизни плода. Если этого почему-либо не произошло, то в таких семенниках сперматозоиды развиваться не будут. Предполагают, что так происходит из-за высокой температуры внутри брюшной полости. Во всяком случае, слоны, у которых семенники лежат в полости тела, а температура достаточно высока, в брачный период поднимаются высоко в горы, где холодно. Без этого зачатие невозможно. Когда же этих гигантов привозят на наш холодный север, они нередко в первые же годы дают потомство. А нужно помнить, что даже у себя на родине размножение слонов в неволе явление далеко не частое.

Семенники мужчин имеют около тысячи извитых канальцев каждый. В стенках канальцев есть крупные овальные клетки, при делении которых и возникают сперматозоиды. Во время деления они так же, как и женские гаметы, теряют половину хромосом, а затем совершают сложный процесс морфологической реконструкции, превращаясь из обычной овальной клетки в зрелый сперматозоид.

Еще не получившие способности к движению сперматозоиды по канальцам проталкиваются в придаток семенника, представляющий собой сильно извитую трубку, где сперматозоиды и хранятся в семенной жидкости, которая содержит необходимые для них питательные вещества: глюкозу и фруктозу.

Независимо от того, где должна произойти встреча сперматозоидов с яйцом, в половых ли путях самки или вне организма, у каждого сперматозоида в отдельности очень мало шансов достичь яйца. Ведь в женских половых путях человеческому сперматозоиду необходимо проделать огромный путь, а скорость движения не превышает 1,5–3 миллиметров в минуту.

Чтобы обеспечить надежность встречи двух половых клеток, природе пришлось пойти по линии использования огромных армий сперматозоидов даже в тех случаях, когда необходимо оплодотворить всего одно яйцо. Так, во время полового акта в половую систему женщины, где в лучшем случае может находиться всего одна созревшая яйцеклетка, вводится 200 или больше миллионов сперматозоидов.

Дело осложняется еще и тем, что половые клетки (и женские и мужские) очень нежны и недолговечны. Человеческая яйцеклетка через сутки после овуляции погибает, сперматозоиды в половых путях женщины живут несколько дольше, 24–48 часов.

Но дело не только в продолжительности существования половых элементов, важно также, в течение какого времени они способны к оплодотворению. Оболочка икры лосося, попав в воду, затвердевает настолько, что сперматозоид уже не может сквозь нее проникнуть. Да и сами сперматозоиды сохраняют в воде способность двигаться очень непродолжительное время: у лосося – 45 секунд, а у ручьевой форели всего 23 секунды. За такой короткий срок и должна произойти встреча обеих клеток. Поэтому при искусственном разведении лосося на рыбозаводах икру предварительно смешивают со сперматозоидами и лишь несколько позже переносят в воду.

Продолжительность жизни и способность сперматозоидов к движению может быть значительно увеличена, если сохранять их без воды. В «сухом» виде сперматозоиды некоторых рыб могут храниться одну-две недели, а иногда и больше.

У некоторых животных сперма в половых путях самки хранится очень долго. Спаривание летучих мышей протекает во время зимовки, но оплодотворения в этот момент не происходит. Введенная в организм самки сперма сохраняется в половых путях до весны. У улиток сперма может храниться годами. У пчел спаривание происходит раз в жизни. Сперма сохраняется в специальном мешочке, соединенном с половыми путями. Когда пчелиная матка откладывает яйца, она произвольно открывает сфинктор мешочка и дает возможность сперматозоидам оплодотворять откладываемые яйца. Если кладка производится при закрытом сфинкторе, яйца оказываются неоплодотворенными.

Как находит сперматозоид яйцо? Об этом сейчас известно немного. Благодаря огромным количествам сперматозоидов встреча с яйцом может происходить в результате случайных столкновений. Известны и особые приспособления. Яйца некоторых животных содержат специальные вещества, которые, выделяясь в окружающую среду в совершенно ничтожных количествах, либо удлиняют срок жизни сперматозоидов, либо заставляют их двигаться к источнику этого вещества.

Существование огромных армий сперматозоидов не обязательно. Там, где устройство полового аппарата значительно облегчает встречу сперматозоида с яйцом, животные обходятся небольшим количеством мужских половых клеток. Так, у некоторых низших ракообразных, относящихся к дафнидам, яйцеклетки в количестве двух хранятся в тесной выводковой камере, куда во время спаривания и попадают сперматозоиды, после чего отверстие, через которое они вводятся, закрывается. Сперматозоиды у этих дафнид очень крупные, малоподвижные и, что особенно интересно, их мало. Во время спаривания в выводковую камеру попадает не больше пяти, а всего у самца сперматозоидов не более 20.

Оплодотворение начинается с прикрепления сперматозоида к оболочке яйца. Теперь он должен проникнуть внутрь. Этому препятствует оболочка яйца. У некоторых животных, например у иглокожих и амфибий, очень толстая. Часто она для сперматозоидов совершенно непроходима, за исключением узкого канала, называемого «микропиле»; только по нему и может внутрь яйца проникнуть сперматозоид. Усилия, которые при этом развивают сперматозоиды, огромны. Можно наблюдать, как крупные яйца морских животных, в сравнении с которыми сперматозоиды ничтожно малы, под дружным натиском их многотысячных армий, окружающих яйцеклетку плотным кольцом, начинают медленно двигаться или вращаться.

Человеческое яйцо, кроме собственной оболочки, окружено еще слоем клеток – лучистым венцом и поэтому недоступно одному сперматозоиду. Только общие усилия нескольких сот тысяч сперматозоидов могут привести к прорыву этого барьера, разрушив с помощью особого фермента гиалуронидазы, в ничтожных количествах содержащегося в их головках, вещество, спаивающее между собой клетки лучистого венца. Лишь затем один из сперматозоидов сможет проникнуть в яйцо.

Проникновение внутрь яйца сразу же вызывает в нем ряд изменений и в первую очередь оболочки: за короткий срок она так уплотняется, что через нее больше уже не сможет проникнуть ни один сперматозоид. Возникновение этой оболочки обеспечивает оплодотворение яйца только одним сперматозоидом.

При этом яйцо яйцеклетки сливается с ядром проникшего внутрь сперматозоида. Таким образом, ядро новой клетки, возникшей от слияния мужской и женской гамет, содержит уже полное число хромосом. Затем яйцеклетка начинает делиться.

В некоторых случаях возникновение оболочки оплодотворения задерживается, и благодаря этому в яйцо проникает несколько сперматозоидов. При слиянии их ядер с ядром яйца общее количество хромосом оказывается больше нормального. Впрочем, для, некоторых организмов проникновение в яйцо нескольких сперматозоидов является нормальным явлением. Однако и в этом случае лишь один из них сливается с ядром женской клетки. Остальные погибают недалеко от поверхности ядра, и их вещество используется только для питания яйцеклетки.

Лишь в исключительно редких случаях в слиянии может принять участие несколько сперматозоидов. Такая яйцеклетка обычно развивается неправильно и вскоре гибнет. Однако у насекомых, птиц и некоторых других животных в искусственных условиях удается вырастить до взрослого состояния отдельные экземпляры, полученные от слияния яйцеклетки с несколькими сперматозоидами.

Полиплоидные животные, то есть имеющие по нескольку наборов хромосом, возникают и при нормальном оплодотворении яйца одним сперматозоидом, если нарушить процесс последующего дробления яйцеклетки. Особенно широко полиплоидия развита у растений. Клетки полиплоидных растений более крупные, в результате размер растений сильно увеличивается. Все культурные растения полиплоидны. Значительно более редки случаи полиплоидии у животных. Может быть, это объясняется путаницей при определении пола. Нормального расхождения хромосом при этом не происходит, деление яйцеклетки нарушается, и она гибнет. Только у однополых животных полиплоидия получается легко.

Оплодотворение – специфическая реакция. Это значит, что слияние может произойти между половыми клетками животных, относящихся к одному или очень близким видам. Оплодотворение яйца спермой неродственных животных встречается только как исключительное явление.

Еще одна особенность оплодотворения – оно необратимо. Если сперматозоид, проникший в яйцо, даже почему-либо погибнет, оно может продолжать развитие и дробление, как будто ничего и не произошло. Развитие яйца будет продолжаться, если проникший в него сперматозоид осторожно извлечь оттуда. Повторно в это яйцо ни один сперматозоид уже попасть не сможет. Развивающиеся из таких неполноценно оплодотворенных яиц зародыши гибнут на ранних этапах развития и лишь иногда достигают взрослого состояния. Способность яйца развиваться после гибели или удаления проникшего внутрь сперматозоида – очень важное свойство. Благодаря этой способности с яйцом могут происходить удивительные вещи.

 

Просьба влюбленной Салмакиды

 

Греческие легенды рассказывают, что прекрасная нимфа Салмакида безумно влюбилась в необычайно красивого юношу Гермафродита, сына Гермеса и Афродиты, воспитанного наядами. Она обратилась с мольбой к богам сделать их навек неразлучными, и боги, вняв ее просьбе, слили их в одном теле. Естественно, что это фантастическое существо оказалось двуполым.

Не только греческие боги, но и природа любила пошутить. На Земле немало подлинных гермафродитов – настоящих двуполых существ.

Гермафродитизм бывает естественный и патологический, возникающий как врожденное уродство. Что же представляют собой гермафродитные существа?

У истинных гермафродитов должно быть обязательно две половые железы, одна из которых вырабатывает мужские, а другая женские половые клетки. Не следует, однако, думать, что каждое такое животное, оперируя половыми клетками обоих видов, в состоянии своими силами дать жизнь новому существу. Такие животные известны, однако их немного. Для размножения большинства гермафродитных животных нужно, чтобы в этом процессе, как и у раздельнополых организмов, участвовало не меньше двух особей.

Самооплодотворение чаще всего встречается у животных, ведущих паразитический образ жизни. Если бы не это, отгороженный в теле своего хозяина от всего постороннего мира паразит был бы лишен возможности оставить потомство.

При самооплодотворении нередко имитируется процесс спаривания. Один из реснитчатых червей, чтобы осуществить встречу гамет, должен ввести собственный совокупительный орган в специальное отверстие на своем теле.

Самоспаривание не всегда обязательно. Нередко устройство половых органов обеспечивает встречу половых продуктов. У плоского червя антоботриума, паразитирующего в кишечнике акулы, протоки мужской и женской половых желез впадают в общую клоаку, где и происходит встреча половых продуктов.

Некоторые гермафродитные организмы способны к самооплодотворению, однако не используют эту возможность, прибегая для воспроизведения потомства к помощи партнера. У многоротого сосальщика, паразитирующего в мочевом пузыре лягушки, спаривание двух особей обычно. Только если партнера нет, происходит самооплодотворение.

Для многих гермафродитных организмов самооплодотворение невозможно. Причины могут быть самые различные. Чаще всего мужские и женские половые продукты созревают в разное время. Но бывает и так, что женские половые клетки не могут быть оплодотворены сперматозоидами, происходящими от того же организма. Это явление наблюдается у асцидий, механизм его пока не разгадан.

Большинство гермафродитных организмов, неспособных к самооплодотворению, в период размножения или одновременно выполняют функции самца и самки или в разные периоды жизни выступают то в одной, то в другой роли.

Представителем первой группы является хорошо всем известный дождевой червь. На пятнадцатом членике каждого червя расположено два половых отверстия: одно для выведения спермы, другое для ее приема. Во время спаривания два червя тесно прижимаются друг к другу таким образом, чтобы отверстие для выведения спермы каждого червя совпало с отверстием для ее приема. Благодаря выделению клейкой слизи оба экземпляра могут длительное время находиться в таком положении.

Другой интересный представитель этой группы – червь спайщик паразитирует в жабрах карповых рыб. Молодые паразиты до достижения половой зрелости живут поодиночке. Позже они срастаются по двое крест-накрест и в таком положении проводят остальную часть жизни. Спайщики – гермафродиты и взаимно оплодотворяют друг друга. Другие паразиты – сингамусы, обитающие в горле птиц, всю жизнь находятся в состоянии спаривания, соединенные попарно в виде латинской буквы V.

Группа гермафродитов, меняющих свой пол в зависимости от того, какие половые продукты у них созрели, тоже многочисленна. Так ведет себя круглый легочный глист лягушки. Равноногие раки и некоторые моллюски в начале своей жизни выступают в роли самцов, а во вторую половину – в роли самок.

Иногда смена полов наблюдается у высокоразвитых раздельнополых организмов. В аквариумах любителей можно увидеть довольно обычных живородящих рыбок – меченосцев. Нередко молодая самка меченосца, после того как принесет потомство, превращается в полноценного самца. Аналогичные явления известны у лягушек.

В этой главе уместно рассказать и о таком отнюдь не единственном явлении, внешне напоминающем гермафродитизм, как паразитирование представителей одного пола на теле другого.

В половых путях самок червей бонеллия зеленая, трихозома и других живет по нескольку самцов. Они мало напоминают самку и по внешним признакам могли бы быть отнесены к животным другого вида. Подобная путаница действительно имела место. Естественно, что обитание самцов непосредственно в половых путях самок значительно увеличивает шансы на успешное оплодотворение.

Известны случаи, когда самки живут на теле самцов. У кровяного двурота, паразитирующего в крови человека, небольшой самец имеет на теле глубокую складку, в которой, как в трубке, заключена самка. Из трубки торчат только передняя и задняя часть паразита. О замечательных рыбах – глубоководных удильщиках, самцы которых паразитируют на теле своих подруг, уже рассказывалось.

Гермафродитизм для низших животных – явление обычное. У высших встречается лишь как редкое уродство. Подобные аномалии развития иногда обнаруживаются и у человека. Чаще всего дело ограничивается тем, что у больного возникают некоторые внешние признаки другого пола. У мужчин не растут борода и усы, сильно развиваются грудные железы, наблюдается отложение жира на бедрах и в других местах, что придает членам известную округлость. У женщин, наоборот, развивается волосяной покров на лице, ногах или других участках тела, грудные железы могут быть очень маленькими, а тембр голоса – мужским.

Реже наружные половые органы приобретают черты, придающие им сходство с половыми органами противоположного пола. Иногда они оказываются настолько плохо развиты, что определение пола становится невозможным.

Подобные явления получили название ложного гермафродитизма, так как дело ограничивается лишь изменением внешних признаков. Половые железы у таких субъектов относятся к какому-нибудь одному полу, хотя могут быть недоразвиты.

Истинный гермафродитизм, когда у одного человека есть и яичники и семенники, наблюдается крайне редко. Известно лишь несколько достоверных случаев, причем в большинстве из них полноценной функциональной деятельностью обладали железы только одного какого-нибудь пола.

Так как у гермафродитов при рождении (и не только при рождении!) трудно правильно определить пол, а решить этот вопрос и зарегистрировать в соответствующих документах врач-акушер должен немедленно, возможны ошибки. В дальнейшем ошибочная направленность воспитания может привести к тому, что психический склад и сексуальные склонности пациента не будут соответствовать состоянию имеющихся у него половых желез. У истинных гермафродитов психический склад и сексуальная направленность в течение жизни могут меняться.

Теперь благодаря высокому развитию оперативной техники этот дефект развития может быть устранен без особого риска для пациента. Решая вопрос, какие половые железы подлежат удалению, врач руководствуется не их функциональной способностью, а психическим складом больного и в соответствии с этим производит операцию. Только в том случае, если психический склад четко не определяется, хирург делает операцию, руководствуясь состоянием половых желез.

 

Кое-что о непорочном зачатии

 

Мы привыкли думать, что у живых существ, имеющих половые клетки, возникновение зародышей всегда сопровождается слиянием яйца и сперматозоида. Но это не обязательно. У некоторых животных яйца способны развиваться сами по себе, без какого-либо участия мужских половых клеток. Это явление открыто Левенгуком в начале XVIII века и получило название девственного размножения, или партеногенеза.

При любом способе размножения всегда какое-то число яйцеклеток остается неоплодотворенным. Все они очень скоро гибнут. Впрочем, из этого правила есть многочисленные исключения. У иглокожих, некоторых червей и членистоногих оставшиеся неоплодотворенными яйца могут начать делиться, как и оплодотворенные, но развитие не идет до конца. На определенной стадии оно приостанавливается, и зародыш гибнет. У этих организмов новые полноценные существа из неоплодотворенного яйца возникают чрезвычайно редко.

Известны, однако, животные (некоторые виды кузнечиков и другие насекомые), у которых неоплодотворенные яйца развиваются нормально, а личинки, вышедшие из них, вырастают до взрослых особей, так что обычный способ размножения необязателен.

У только что названных животных партеногенез явление случайное, не имеющее серьезного значения для вида. В отличие от них есть организмы, которые не могли бы существовать без этого и размножаются только партеногенетически или чередуют партеногенетическое размножение с нормальным. Последний способ размножения получил название сезонного партеногенеза. Он присущ тлям и многим другим насекомым.

У виноградного вредителя филлоксеры из отложенных с осени яичек весной развиваются только самки, носящие название основательниц. Из 50 яиц, отложенных каждой из них, партеногенетически развиваются такие же самки, которые, в свою очередь, откладывают неоплодотворенные яйца. В течение лета рождается несколько поколений; самцы по-прежнему отсутствуют. Только с наступлением осени из неоплодотворенных яиц выведется два вида крылатых самок, не очень похожих друг на друга. Одни из них отложат более крупные яйца, из которых вылупятся самки. Из более мелких яиц, откладываемых другими, выведутся самцы. И эти яйца, конечно, развиваются партеногенетически. Только с появлением самцов наступает половое размножение.

Какого пола бывают животные, выросшие из партеногенетически развившихся яиц? На примере филлоксеры мы видели, что и самцы и самки. Еще более многочисленны случаи, когда партеногенетическое развитие дает одних самцов. Состарившаяся пчелиная матка, израсходовав весь запас полученной ею при спаривании спермы, откладывает яйца, из которых развиваются только трутни. Не трудно понять целесообразность этого явления для сохранения вида. Появление трутней именно в этот период должно обеспечить оплодотворение молодой пчелиной матки.

Многие животные могут совсем обходиться без полового размножения. Было проведено специальное наблюдение за одним видом мелких рачков, продолжавшееся 28 лет. За это время получили 124 поколения, причем ни разу ни одного самца не нашли; все 124 поколения рачков были получены партеногенетически. Такой же постоянный партеногенез наблюдается у некоторых видов муравьев, пилильщиков, орехотворок и других насекомых. Все поколения этих животных состоят только из самок. Самцы у них отсутствуют, а если иногда и появляются, то бывают дефектными и в размножении никакого участия не принимают.

Не следует думать, что партеногенез присущ лишь очень низко организованным животным. У нас в Армении живут шесть подвидов скальных ящериц, для трех из них до сих пор не удалось обнаружить самцов. Самки этих подвидов откладывают неоплодотворенные яйца, которые способны развиваться партеногенетически.

Особенно интересной формой партеногенеза является педогенез. О «трогательно-нежных» личинках галловых мух, съедающих свою мать, уже говорилось. Другой любопытный пример педогенеза относится к сосальщикам, паразитирующим на рыбах. У них в теле матери из единственного находящегося там яйца развивается зародыш, а в нем, в свою очередь, партеногенетически развивается другой, в теле которого возникает зародыш третьего поколения и так далее. Одновременно развивается пять поколений, вложенных друг в друга, как куклы-матрешки. Лишь представители шестого поколения достигают половой зрелости.

Возникает вопрос: только ли женская половая клетка способна к партеногенетическому развитию? Оказывается, что и сперматозоидам также в какой-то мере присуще это свойство. Партеногенетическому развитию сперматозоида препятствует отсутствие в нем необходимого запаса питательных веществ. Поэтому гораздо лучшие результаты получаются при оплодотворении нормальными сперматозоидами безъядерных обрывков яйца. Здесь сперматозоид находит большой запас питательных веществ, что и обеспечивает его развитие. У морских ежей были получены мелкие зародыши при оплодотворении безъядерных обрывков, равных по величине 1/37 части целого яйца.

Поскольку партеногенез такое обычное явление, пробовали вызвать его искусственно. Для этого пользовались теплом и холодом, ультрафиолетовым и радиоактивным излучением, воздействовали кислотами и щелочами, гипо– и гипертоническими растворами, растворителями жиров, алкалоидами и другими веществами, прибегали к высушиванию, трению, уколам и т.п. Применяя перечисленные способы воздействия, удавалось вызвать развитие яйца. Правда, оно не всегда шло до конца, но это объясняется отчасти большой сложностью создания в лаборатории условий, необходимых для нормального развития яиц и зародышей.

Иногда искусственно стимулированные яйца развиваются неправильно. Это обусловлено разными причинами. Одна из них – нарушение симметрии будущего зародыша. Для большинства организмов место вхождения сперматозоида в яйцо определяет направление плоскости двусторонней симметрии зародыша. Ни одно из применявшихся до сих пор воздействий не смогло заменить в этом отношении сперматозоид и произвести раздражение узко ограниченного участка яйца. Даже укол иглой не имитирует полностью воздействия сперматозоида, может быть, только потому, что занимает гораздо меньше времени, чем прохождение сперматозоида сквозь оболочку яйца. Все же у многих животных, в том числе у миног, рыб, лягушек и даже млекопитающих, получены взрослые вполне нормальные организмы.

Большое количество разнообразных способов воздействия, которые вызывают активизацию яиц, позволяют объяснить случаи спонтанного партеногенеза. Различные вредные воздействия, воспалительные и особенно, дегенеративные процессы являются их причиной. Безусловно, количество известных науке случаев спонтанного партеногенетического развития у млекопитающих незначительно по сравнению с тем, что происходит на самом деле, так как развивающиеся яйца гибнут на ранних стадиях дробления.

Женские половые клетки человека также способны к партеногенетическому развитию. Правда, чтобы такое развитие закончилось рождением ребенка, необходимо удачное, но практически невероятное стечение счастливых обстоятельств. Партеногенетическое развитие женских половых клеток человека можно вызвать искусственно. В лабораторных условиях наблюдали начальные стадии дробления неоплодотворенного человеческого яйца, помещенного в кровяную сыворотку. Гибель таких яиц наступала как вследствие их неправильного развития, так и потому, что ученые не могли создать яйцу достаточно благоприятные условия, необходимые для нормального развития. Успехи, достигнутые в этой области итальянским ученым Петруччи, дают основание надеяться, что партеногенетическое развитие человеческого зародыша будет прослежено до гораздо более поздних стадий.

 

---

Дата добавления: 2019-09-08; просмотров: 231; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!