Чувства: Нейробиология сенсорного восприятия

Светочувствительная часть человеческого глаза, называемая сетчаткой, состоит из группы клеток (у позвоночных это палочки и колбочки) и соединена с мозгом посредством нервного пучка. У позвоночных этот пучок проходит перед сетчаткой, и хотя он совсем крошечный, но все же закрывает часть поля зрения, тем самым создавая слепое пятно. А вот у осьминогов глаз развивался так, что нервы, ведущие к мозгу, присоединялись с задней стороны сетчатки и не заслоняли ту от падающего света. Поэтому у осьминогов и нет слепых зон. У млекопитающих не было ни единого шанса избавиться от своих слепых зон во время эволюции. А вот моллюскам выпала другая участь, и все из-за того, как формировались их глаза. В сущности, динамика процесса развития глаз позвоночных и глаз осьминога и определяет наличие слепого пятна. Естественный отбор, вероятно, имеет весьма отдаленное отношение к отсутствию слепого пятна у осьминога, хотя теперь это преимущество тому очень пригодилось.

Такие сценарии, как отсутствие слепого пятна у осьминога, при рассмотрении вопросов адаптации в природе напоминают нам о трех аспектах эволюции. Первый касается того, что Ричард Левонтин и Стивен Джей назвали антревольтом, вдохновившись архитектурным шедевром – собором Святого Марка в Венеции. После того как собор построили, художники расписали внутреннюю поверхность внушающих благоговейный ужас куполов сценами из Библии. Изображения идеально вписаны в пазухи сводов, те самые антревольты: на одной из них, к примеру, нарисован человек, льющий воду из большого кувшина в сужающееся пространство под своими ногами. Глядя на расписанные поверхности собора, легко вообразить, что надсводчатые строения специально были созданы для того, чтобы демонстрировать картины. Неплохая гипотеза, но неправильная. Антревольты – это несущие конструкции, поддерживающие огромные купола собора, а фрески на них, несмотря на идеальное заполнение пространства, лишь красивое дополнение. Вот и отсутствие слепого пятна у осьминога всего-навсего побочный эффект, который хоть и служит теперь адаптивным ответом, но проявился благодаря «архитектурной» структуре нервных соединений глаза.

Второй аспект эволюции заставляет нас вспомнить, что мы не должны интерпретировать все, что мы видим в мире природы, как адаптацию, ведь это совсем не так. Фактически иногда решение одной проблемы – это компромисс для решения другой. Пример такого компромисса – глаза членистоногих.

Членистоногие – большая группа животных, включающая и насекомых. Они обладают сложными, или фасеточными, глазами, имеющими древнюю структуру, о чем свидетельствуют ископаемые остатки трилобитов[8] с прекрасно сохранившимися фасеточными глазами, возраст которых составляет сотни миллионов лет. Антони ван Левенгук, известный своими наблюдениями за зубным налетом и подвижностью сперматозоидов через свой знаменитый микроскоп, был первым, кто описал удивительную структуру сложных глаз насекомых. Его маленький микроскоп представлял собой ручное устройство с линзой, в котором для подсветки использовалась свеча, установленная за объектом наблюдения. Когда Левенгук поместил роговицу глаза насекомого под микроскоп, он был ошеломлен увиденным. Понемногу меняя положение свечи, ученый нашел такой угол по отношению к образцу, что заметил «перевернутые изображения пламени: и не одно изображение, а несколько сотен. Они были ужасно маленькие, и я видел, что все они двигались». Он увидел свет свечи, проходящий через сотни крошечных фасетов, называемых омматидиями, которые и составляют сложный глаз насекомого. Примечательно, что каждый омматидий сложного глаза связан с мозгом насекомого. Кроме того, чем больше омматидиев, тем больше линз и тем меньше их размер. В итоге дифракция света становится проблемой: появляется размытый фокус или падает острота зрения.

Количество омматидиев может варьироваться. У насекомых с крошечными глазками их меньше: например, у рабочих муравьев, которые в основном полагаются на запах, всего шесть омматидиев. А вот насекомые, которые ориентируются при охоте на движение объекта, такие как стрекозы, имеют более двадцати пяти тысяч омматидиев. Фасеточные глаза очень хорошо улавливают движение: они могут воспринимать примерно двести кадров в секунду (предел человеческого глаза – тридцать кадров в секунду, при большей скорости картинка размывается). Компромисс в данном случае очевиден: сложные глаза с множеством фасетов способны различить мельчайшие движения, но при этом острота зрения снижается. По всей видимости, определенное количество омматидиев у каждого вида выработалось в зависимости от того, что именно нужно насекомому – острота зрения или способность распознавания движения. В этом и заключается компромисс: развитие одной функции компенсирует отсутствие другой.