Достижения мозга. Как этот орган стал самой сложной и влиятельной частью тела человека

Как понять эту напоминающую своей консистенцией желе массу, так далеко спрятавшуюся и защищенную черепной коробкой? У нас есть возможность начать все с самого начала и заняться изучением происхождения мозга в эволюции видов (речь идет о филогенезе), а также его созревания от стадии эмбриона до взрослого человека (речь идет об онтогенезе).

Первые организмы, жившие на Земле несколько миллиардов лет тому назад, были очень простыми и, разумеется, мозга у них не было, но они уже реагировали на изменения окружавшей их среды. По всей видимости, принимать решения способны даже простейшие одноклеточные организмы без мозга как, например, живущая в желудочно-кишечном тракте бактерия Escherichia coli. Она «выбирает», стоит ли ей приближаться к питательным веществам или избегать вредных для нее токсинов. Этот феномен называется хемотаксис. За счет преобразования сенсорного сигнала (через рецепторы мембраны) бактерия Escherichia coli реагирует на изменение в ее окружении (в этом случае речь идет о концентрации вещества в среде) приближением или избеганием. Такие реакции основаны на том, что градиентам концентрации несвойственно резко менять направление. Поэтому кишечная палочка может двигаться в направлении, в котором градиент будет постепенно увеличиваться или уменьшаться. А когда концентрация токсичного вещества будет возрастать? Она перемещается с помощью вращения маленьких ресничек (так называемых жгутиков) и таким образом удаляется от опасности. Все происходит так, как если бы бактерия могла предвидеть (разумеется, самым простым способом) будущее изменение своей среды и действовать наилучшим образом.

В ходе эволюции появились все более разнообразные и сложные решения, связанные с необходимостью реагировать на собранную информацию об окружающей среде. У многоклеточных организмов на распознавании внешних событий и реализации двигательной реакции стали специализироваться отдельные клетки. Осуществляя начальную когнитивную обработку, эти клетки сформировали первичную нервную систему, которая была рассеяна по всему организму, как у современных медуз.

Энергетические, химические и цифровые способы передачи информации, механизмы приспособления

Между тем, с эволюционной точки зрения, на фоне усложнения нервной системы, такой подход показал свои недостатки: по мере развития организма нервные клетки все больше удаляются друг от друга. Как обеспечить их взаимодействие в условиях дистанцирования? Приблизительно 500 миллионов лет назад произошло впечатляющее «обновление», благодаря которому стал возможен быстрый и точный обмен информацией между удаленными клетками – посредством электрической связи, которая называется потенциалом действия (мы вернемся к этому явлению в другой главе). У потенциала действия есть «цифровой» формат: он присутствует или отсутствует, что соответствует двоичной системе счисления. Таким образом, передаваемая информация меньше подвержена затуханию из-за внешних помех, когда сигнал проходит большие расстояния в организме. Более того, он очень быстро перемещается по нервной системе, со скоростью до 100 м/с. Эти два важных качества для организмов, находящихся в пространстве на расстоянии друг от друга.

Появление потенциала действия создало благоприятные возможности для передачи информации в многоклеточном организме. Этот процесс послужил основой для кембрийского взрыва – периода, сопровождавшегося возникновением многочисленных форм жизни. Среди них находились предшественники почти всех основных групп животных, живущих на Земле в настоящее время: рыбы, рептилии, птицы, млекопитающие и другие.

Объемный орган