Миниатюрные чудовища

Стоит ли удивляться, что инфузории не обнаружили выдающихся способностей? Многоклеточные организмы имеют множество органов, между которыми существует строгое разделение труда. А инфузория состоит всего из одной клеточки, но дел у нее невпроворот. Поиски пищи, оборона, дыхание, борьба с неблагоприятными условиями жизни, размножение – у инфузории тысячи дел, и сразу нужно заниматься несколькими. Тут уж не до учебы. Можно было надеяться, что многоклеточные организмы, даже достаточно примитивные, окажутся гораздо способнее.

В настоящее время на Земле существует две группы низших многоклеточных организмов. Они давно известны зоологам. Самые примитивные – губки. И строением тела и поведением они больше похожи на растения, чем на животных. К тому же губки, по-видимому, не состоят в прямом родстве ни с кем из высших животных. Поэтому они мало интересуют ученых, и их умственные способности пока совершенно не изучены.

Вторая группа низших многоклеточных животных получила название кишечнополостных. К ним относятся такие известные животные, как медузы, актинии, кораллы. Кишечнополостное животное – весьма сложно устроенный организм. Эти существа уже имеют собственную нервную систему. Она представляет собой сеть взаимосвязанных нервных клеточек, особенно многочисленных в самых важных местах их тела: в щупальцах, вокруг ротового отверстия и на подошве.

Из числа примитивных многоклеточных животных в лабораториях физиологов побывали пока лишь только представители кишечнополостных. Проще всего добыть и содержать в неволе пресноводную гидру. Для нее не нужна ни морская вода, ни изысканное питание. Вот почему гидра является более частым объектом физиологических исследований, чем ее многочисленные родственники.

Животное, которое мы называем гидрой, представляет собой крохотный белесый стебелек длиной в один-полтора сантиметра с венчиком щупалец на вершине. Щупалец немного, пять–девять, а в центре между ними круглое ротовое отверстие, ведущее в полость тела, где переваривается пища. На щупальцах батареи стрекательных клеток, выбрасывающих острые отравленные гарпуны на длинных нитях. Оружие гидры имеет много общего с вооружением инфузорий. Своими подвижными щупальцами животное хватает добычу, убивает ее залпами стрекательных клеток и, удерживая с помощью впившихся в тело нитей, отправляет в рот.

Гидры – большие домоседки. Они могут всю жизнь провести, сидя на одном месте, прикрепившись подошвой к камню или к подводному растению. Висеть вниз щупальцами в достаточно светлом месте водоема – излюбленная поза животных. Стоя вверх «головой», они не испытывают чувства полного комфорта. Вертикальная поза требует дополнительных затрат энергии. Но при необходимости гидры могут совершать и небольшие путешествия. Для перемещения в пространстве они пользуются четырьмя способами. По гладкой, твердой поверхности стекла гидры, не меняя позы, скользят, как на коньках, на своей подошве, но двигаются при этом так медленно, что заметить это невозможно. Животные умеют шагать, тогда дело идет веселей. Сначала гидра ложится на дно, вытягивается в нужном ей направлении, вцепляется щупальцами в грунт, а затем подтягивает сюда свое тело. Первый шаг закончен. Теперь можно закрепиться подошвой и начать второй шаг. Так шаг за шагом движется животное, пока не устанет и не проголодается.

Быстрее всего передвигаются гидры, когда катятся колесом, кувыркаясь через «голову», как расшалившиеся мальчишки. Животное, как и в первом случае, ложится на дно, укрепляется щупальцами, затем становится на «голову» и перекидывает стебель в направлении движения. Закрепившись подошвой на новом месте, гидра начинает очередное медленное сальто. Так кувырком и катится: быстро и удобно. Плавать гидры тоже умеют. Широко распластав в воде свои щупальца, животное спокойно парит в воде, медленно и постепенно снижаясь. А если ей нужно всплыть, она каким-то образом создает на своей подошве маленький пузырек газа и, пользуясь им, как поплавком, поднимается к поверхности.

О гидрах слышали все, гидры широко распространены по территории нашей страны, однако мало кому приходилось видеть их живыми. А между тем наловить животных не составляет особого труда. Для этого нужна лишь стеклянная банка и увеличительное стекло. В любом пруду, в тихой речушке, даже в придорожной канаве, лишь бы вода была чистой и прозрачной, нужно набрать побольше водяных растений, поместить их в банку, налить туда воды и оставить ее на несколько минут в покое. Малейшее сотрясение пугает животных. Они сжимаются в крохотный комочек и заметить их на листьях становится невозможно. Но вот прошло несколько минут, все спокойно, ничто больше не беспокоит обитателей подводного мира, и гидры начинают неторопливо распрямляться. С помощью лупы весь процесс виден превосходно.

У себя в пруду гидры питаются дафниями и другой подвижной мелочью. Дома в крохотном аквариуме прожорливые хищники, за несколько дней переловив и съев все живое, начинают голодать. Теперь пора начинать эксперимент. Голодной гидре, сидящей на дне водоема, бросают крохотную песчинку. Если, падая, она заденет хотя бы одно щупальце, гидра схватит камушек на лету и вместе с ним упадет на дно сосуда. Обычная песчинка весит не больше двух миллиграммов, но гидра так слаба, что не в состоянии справиться с подобным грузом.

Почувствовав, что вместо «дичи» в ее щупальцах находится совершенно несъедобный предмет, гидра постарается избавиться от него. Сделать это нелегко, ведь песчинку удерживают сотни стрекательных нитей. Лишь через одну-полторы минуты животное освободится от своей добычи и примет прежнюю позу. Теперь бросим ей вторую песчинку, затем третью, четвертую… Через некоторое время станет заметно, что животное как-то неохотно хватает фальшивую приманку, а затем очень быстро от нее избавляется. Понемногу гидра теряет интерес к охоте и очередную двадцатую или тридцатую песчинку вообще ловить не станет.

Что же произошло с нашим подопытным животным? Ничего особенного. У гидры выработалось привыкание к песчинке, то есть развилась та же реакция, с которой нас уже познакомили инфузории. Не получая удовлетворения от охоты, животные каждый раз все с меньшим энтузиазмом бросались на подкинутую нами приманку и выстреливали в нее все из меньшего числа стрекательных клеток. Вот, кстати, почему гидра все быстрее и быстрее избавлялась от схваченной ею песчинки. Наконец привыкание развилось в полном объеме, и животное прекратило оказавшуюся бесполезной охоту.

То, что у кишечнополостных животных легко вырабатывается привыкание, не удивило ученых. Забегая вперед, скажу, что более развитые животные обычно заимствуют от своих предшественников все важные для жизни приспособления. Не отказались высшие животные и от реакций привыкания. Даже для человека они имеют большое значение. Привыкание позволяет нам, ложась спать, не замечать тиканья стенных часов, а утром, уже через одну-две минуты, переставать ощущать прикосновение к телу только что надетой одежды. Привыкнуть не делать чего-то лишнего способны все без исключения животные. Ученых главным образом интересовало, не удастся ли научить гидру делать что-то новое и полезное. Казалось, что нервная система, имеющаяся у гидры, должна была сделать ее значительно умнее одноклеточных существ.

Для любых животных важно уметь избегать опасности. Этому решили научить и гидру. Ученые постарались, чтобы уроки не были трудными. Над сосудом с гидрой зажигался яркий свет, а через несколько секунд после этого на мгновение включался электрический ток, и через опущенные в воду электроды гидра получала электрический удар. Эта процедура не из приятных. В ответ на раздражение тело гидры сжимается, щупальца втягиваются, и некоторое время она, как бы притаившись, сидит неподвижно. Когда животное приходит в себя, все повторяют снова, и так много раз. В конце концов наступает такой момент, когда одна вспышка света заставляет гидру вздрагивать или сжиматься в комочек.

Создается впечатление, что гидра ведет себя достаточно разумно, разобралась в создавшейся ситуации, запомнила, что вслед за вспышкой света следует удар электрического тока, и теперь, как только зажигается свет, сжимается, чтобы как-то защититься от электричества. Внешне реакции гидры напоминают обычный условный рефлекс. Однако оказалось, что между ними лишь внешнее сходство. Впечатление, будто гидра умное существо, – обманчиво. Ученые заметили, что гидра вздрагивает и сжимается не только при действии света, но и от любого другого воздействия. Хлопнет в комнате дверь, упадет в сосуд с гидрами капля воды, и пожалуйста – испуганные гидры сжались в комочек. Значит, это не условный рефлекс, а просто животные стали более пугливыми. Такое состояние, вероятно, каждому приходилось испытывать. Когда идешь ночью по темному лесу, невольно вздрагиваешь от каждого шороха, на который днем и не обратил бы даже внимания, хотя прекрасно понимаешь, что в наших лесах ни тигры, ни пантеры не водятся. Просто от невольного страха наш мозг настолько возбужден, что любого слабенького дополнительного раздражителя достаточно, чтобы осуществилась оборонительная реакция и человек вздрогнул.

Выработанную у гидр реакцию назвали суммационным рефлексом. Пока шел опыт, животные постепенно возбуждались. Возбуждение от каждого удара электрического тока суммируется с предыдущими, пока не достигнет такой величины, что теперь любое слабое дополнительное воздействие оказывается достаточным, чтобы животное ответило оборонительной реакцией. Такая гидра похожа на переполненный водою кувшин. Стоит влить в него еще ложку жидкости – и вода польется через край. Стоит усилить возникшее у гидры возбуждение – добавить новую порцию, – и оно «выплеснулось» наружу, вызвав оборонительную реакцию животного. Вот почему любой раздражитель заставляет перевозбужденную гидру съеживаться в комочек.

Важнейшая особенность суммационного рефлекса состоит в том, что суммация возбуждения сохраняется очень недолго. Пройдет пять–десять часов, животное успокоится, возбудимость его нервной системы придет в норму, и гидра ни на свет, ни на шум уже не ответит оборонительной реакцией.

Суммационный рефлекс, безусловно, полезен. Если животное постоянно сталкивается с чем-нибудь неприятным, ему нужно быть постоянно к этому готовым. Уж лучше лишний раз испугаться зря, чем неподготовленным столкнуться с чем-нибудь опасным или вредным. Кишечнополостных животных никак не назовешь хорошими учениками, но они все же оказались способнее одноклеточных организмов. Ведь их удалось научить бояться света, сжиматься при каждой его вспышке.

Направо или налево?

Дождевой червь наверняка известен всем. Однако не спешите сказать, что вы знакомы с ним хорошо. Нелепо извивающийся на рыболовном крючке, он здесь совсем не таков, как у себя дома, в норе. Знаете ли вы, например, что это животное, не имеющее даже глаз, ничуть не уступает нам в чувствительности к свету. Взрослый червяк, благодаря светочувствительным клеткам кожи, отвечает оборонительной реакцией на такой слабый свет, который не всегда даже воспринимается человеческим глазом.

Живут дождевые черви в самостоятельно вырытых норках. Для землекопа, не имеющего ни рук, ни ног, это достаточно сложная работа. Единственное орудие труда, заменяющее червю лопату, – его голова, если решиться назвать головой передний конец тела этого животного. Приступая к земляным работам, червь его максимально вытягивает, при этом кончик становится тонким-тонким. Ощупывая им поверхность земли, наш землекоп старается найти хотя бы крохотную щелку, чтобы засунуть туда «голову». Если это удается, начинает работать ударный механизм. Внутри, под мышечным слоем, у червя находится массивная глотка. Она достаточно подвижна, может оттягиваться немного назад и смещаться вперед, двигаясь достаточно быстро. Свою подвижную глотку червь использует как молот. Быстрыми ударами изнутри он старается забить «голову» как можно глубже в землю. Затем сокращением продольной мускулатуры раздувает забитую в почву часть тела, расширяя проделанное отверстие, и вновь вколачивает голову глубже. Так, забивая и раздувая переднюю часть своего тела, червь продвигается дольше и дальше.

Если под натиском червя земля уплотнилась настолько, что не поддается его усилиям, животное меняет тактику. Он отрывает губами маленькие кусочки земли и проглатывает их. В летнюю засуху землекопу приходится смачивать почву своею слюной. Когда пищеварительный тракт полностью заполняется землей, червь пятится назад к поверхности и здесь, у входа в норку, выбрасывает ее. Характерные кучки на поверхности земли выдают присутствие в почве дождевых червей. За сутки каждый червь пропускает через свой кишечник столько земли, сколько весит сам. Если учесть, что на площади в один квадратный километр проживает от пятидесяти миллионов до двух миллиардов дождевых червей, то их работа покажется внушительной – двести–триста тонн земли в сутки! И нужно напомнить, что работа по рыхлению и перемешиванию почвенного слоя крайне полезна. Она способствует увеличению плодородия почвы.

Жизнь дождевого червя однообразна. Все светлое время дня, если, конечно, не случится большого дождя, он сидит в норке, головой к тщательно заткнутому входу. В сумерки подземный житель оживляется, выползает на поверхность, но полностью расстаться со своим домом не решается. Когда хвост в норе, можно мигом удрать от любой опасности. К тому же он не умеет запоминать дорогу домой. Оторвавшись хотя бы ненадолго от своей норы, червяк обрекает себя на необходимость к утру заняться земляными работами по сооружению нового убежища. Поэтому он цепляется задним концом тела за край норки, а передний вытягивает как можно дальше и тщательно обследует все вокруг. Наткнувшись на какой-нибудь предмет, он присасывается к нему губами и тащит в нору. Если крупный камушек, толстую палочку или слишком большой лист затащить не удается, то, недолго помучившись, червь без видимого сожаления его бросает. Зато мелкие камушки мигом оказываются в норе, и хозяин дома вдавливает их в стенку, укрепляя свое жилище.

Интересно наблюдать, как хозяин норы затаскивает туда древесный лист. Сделать это нелегко, дождевые черви слишком осторожные животные. Чтобы справиться с находкой, им нужна не только сила, необходима известная сноровка. Лист удастся затащить под землю, только если его схватить за верхушку, за острый верхний кончик. Черешком вперед тащить бесполезно, он наверняка застрянет. Червь действует методом проб и ошибок: потянет здесь, потянет там, пока не найдет такое положение, при котором сопротивление листа окажется наименьшим. Действует он не совсем вслепую. За черешок листа тянуть не будет. Но это не результат осознанного подхода к работе и не инженерная смекалка. Просто вкус черешка не привлекает червя.

Нелегко затащить в нору сосновую иголку. Они растут парами, и, если тянуть за кончик одной из них, вторая упрется в землю и работу придется начинать сначала. Здесь приходится тащить за черешок. Видимо, черешки сосновых игл не вызывают у животных особого отвращения, да к тому же сами иглы чересчур тонки, и присасываться к ним губами неудобно. Хвоя и начинающие подгнивать листья используются хозяевами подземелий в пищу, а для почвы являются прекрасным удобрением.

Нервная система дождевого червя гораздо совершеннее, чем у кишечнополостных животных. Вместо жиденькой сети нервных клеток, природа наделила ее уже хорошо оформленной центральной нервной системой: на брюшной стороне животного, вдоль всего ее тела тянутся две параллельно идущие цепочки нервных ганглиев – скоплений нервных клеточек. Две пары самых первых – наиболее крупные. Они даже получили специальные названия надглоточных и подглоточных ганглиев. Именно сюда поступает информация с переднего конца тела, когда червь обследует пространство, окружающее нору. Пользуясь преимуществами своего положения и своего размера, эти нервные узелки пытаются вмешиваться в работу всей остальной нервной цепочки, как бы беря на себя функцию, принадлежащую у высших животных головному мозгу.

Усовершенствования в устройстве нервной системы дождевого червя по сравнению с кишечнополостными животными столь значительны, что резонно ожидать и существенной прибавки к его «умственным способностям». Чтобы проэкзаменовать червей, ученые придумали достаточно сложную задачу. Животных сажали в искусственную нору с прозрачным потолком. Своею формой нора напоминает букву Т, поэтому такое устройство исследователи называют Т-образным лабиринтом. Червя помещают в отрезок норы, соответствующий ножке буквы Т, головой в сторону развилки. Если, добравшись до перекрестка, червяк свернет вправо, он получит удар электрического тока. Здесь на дне норки находятся oгoлeнныe провода, подключенные к источнику тока. Левый отнорок ведет в небольшую камеру, наполненную чуть влажной землей. Там червяк должен чувствовать себя достаточно уютно. Для него прямой расчет запомнить дорогу в комфортабельное убежище.

Земляных червей тренировали долго. Большинство в конце концов научилось выбирать в лабиринте правильное направление. Правда, даже лучшие ученики до последнего дня продолжали время от времени грубо ошибаться. Учащиеся, хорошо справлявшиеся с заданием сегодня, на следующем экзамене вполне могли заработать «кол». Они совсем забывали полученный урок и, упорно поворачивая направо, систематически получали за это соответствующее наказание. Интересно, что черви, которым удалили надглоточные ганглии – самую важную часть их нервной системы, учились ничуть не хуже своих нормальных товарищей. Это значит, что надглоточные ганглии, обычно называемые головным мозгом червя, к образованию этих оборонительных навыков прямого отношения не имеют.

Ученых интересует не только то, чему можно научить животных. Для них еще важнее выяснить, что при этом происходит в мозгу «учеников». Внимательные наблюдения за дождевыми червями показали, что память у них никудышная. Просто под воздействием ударов электрического тока ганглии, дающие команду о повороте налево, бывают возбуждены несколько сильнее, чем те, что руководят правым поворотом. Поэтому их «голоса» звучат сильнее, и команды свернуть налево оказываются как бы более «громкими». Обычно мышцы червя именно эти распоряжения и выполняют, и ученик без помех попадает в убежище.

Присматриваясь к поведению своих подопытных животных, ученые обратили внимание, что приобретаемые ими навыки по прочности и устойчивости значительно превосходят суммационные рефлексы гидры. У дождевых червей они, даже без дополнительной тренировки, могли сохраняться несколько дней. Ясно, что навыки дождевых червей помогают им избегать многих неприятностей, а значит, очень полезны. Так что, оценивая способности дождевых червей по пятибалльной системе, следует отнести их к разряду прочных троечников. Гордиться тут, конечно, нечем, но все-таки приходится признать, что у них уже наметилась способность приспосабливаться к изменениям, возникающим в окружающем мире.

Безголовый предок

До сих пор в нашем лабораторном зоопарке мы останавливались у «клеток» с так называемыми беспозвоночными животными. Изучение их умственных способностей, безусловно, имело важное значение, но интереснее было бы проследить, как оно развивалось у хордовых. К этому типу организмов, как вы знаете, относятся все высшие животные и даже человек.

Лет двести назад зоологи обнаружили в теплых морях невзрачное беловато-прозрачное существо, не то какого-то странного червяка, не то моллюска. За сходство с обоюдоострым хирургическим ножом – ланцетом его назвали ланцетником. Лишь сто лет спустя русский ученый академик А.О. Ковалевский, подробно изучив странное существо, установил, что по одним признакам он действительно похож на кольчатых червей и моллюсков, а по другим – находится в родстве с рыбами. Стало ясно, ланцетник – представитель примитивных существ, являющихся предками всех позвоночных животных.

Значит, и знакомство с умственными способностями позвоночных животных следовало начать с ланцетника. Но вот незадача: никто не знал, где их можно наловить. Хотя это животное пользуется всеобщей известностью, и даже в школьном учебнике зоологии целых три страницы отведены ланцетнику, но в последние десятилетия никто из советских зоологов не занимался его изучением и даже не видел живых ланцетников. Было известно лишь, что ланцетники обитают в Черном море и лет семьдесят–восемьдесят назад они, случалось, попадались у крымских берегов, где-то в районе мыса Феолент, на траверзе Георгиевского монастыря.

Сейчас в этом районе проходит оживленная морская дорога. С раннего утра и до позднего вечера проносятся стремительные суда на подводных крыльях, «Ракеты» и «Метеоры», перевозя тысячи туристов. Немного поодаль нескончаемой вереницей тащатся медлительные сухогрузы, танкеры и водовозы, вертлявые рыболовные траулеры, величественно плывут громады белоснежных красавцев теплоходов. Чтобы плавать по этой морской улице, нужно обладать высокой квалификацией. Здесь нельзя не только останавливаться, но и замедлять движение, тем более не полагается заниматься рыболовством, ставить сети или опускать трал. Нельзя же из-за поимки двух десятков ланцетников приостановить все это оживленное движение, да и кто поручится, что они обитают здесь и теперь.

Все же знающего человека удалось разыскать. В самом центре Севастополя, на берегу бухты, утопая в зелени сада, стоит красивое здание Института биологии южных морей. Этот прославленный институт основали два выдающихся отечественных ученых – Н. Миклухо-Маклай и А.О. Ковалевский. В институте бесчисленные авариумы. Одни предназначены для научной работы, другие являются морским зоопарком. Возле них с утра до вечера толпятся любознательные экскурсанты. Огромную живую коллекцию приходится постоянно обновлять, кормить, украшать морскими растениями. Для этой цели институт выделил фелюгу – самое маленькое из своих экспедиционных судов. Ее капитан, выполняя нелегкие обязанности по снабжению морского аквариума, знал о жизни обитателей Черного моря, кажется, все. Правда, и ему ловить ланцетников еще не приходилось.

От Севастополя до мыса Феолент рукой подать. Городской автобус доставляет сюда пассажиров меньше чем за час, но для маленькой фелюги это целое морское путешествие. Однообразно стучит мотор, ленивая полуденная волна покачивает судно, а слева по борту тянется высокий обрыв. На исходе третий час пути, и, наконец, из-за очередного берегового изгиба показались гористые уступы Феолента, громада старинных зданий монастыря и сбегающий к самому пляжу роскошный парк. А вот и две огромных скалы, поднимающихся из воды у входа в небольшую бухту. Капитан сходит с фарватера и замедляет ход. За борт уходит мелко ячеистый трал, а на мачте взвивается сигнал: «Лишен хода, веду ремонтные работы».

Донный трал похож на большой и тяжелый совок, который тянут на канате за медленно идущим судном. Благодаря своей тяжести, трал слегка углубляется в песок, срезая и захватывая верхний слой донного грунта со всеми его многочисленными обитателями. Под судном сорокаметровая глубина. Малосильная лебедка медленно поднимает тяжелый трал. Ученые напряженно всматриваются в прозрачную глубину. Вот внизу показалась неясная тень, еще минута-другая, и трал поднят на палубу. Он полон голубовато-серого крупнозернистого песка. Ни одного живого существа не видно на его бугристой поверхности. Один из ученых с сомнением разминает на своих ладонях горсть донного грунта, вторую, третью… Вдруг в трале что-то стремительно мелькнуло и тут же исчезло в песке. Затем еще и еще. Животные так прозрачны, что, пока сидят неподвижно, их не видно, а когда они стремительно проносятся в воде, разглядеть их тем более невозможно.

Что это может быть? Ни на кого из известных животных как будто бы не похожи. Может быть, ланцетники? Во всех руководствах сказано, что ланцетники плавают, волнообразно извивая свое тело. Неизвестное существо явно изгибает тело, но эти стремительные броски как-то не хочется назвать плаваньем. Однако разбираться некогда. Содержимое трала поспешно ссыпается в бочку, и трал снова летит за борт.

Наконец все лохани, тазы и бочки наполнены морским песком, и судно ложится на обратный курс.

Время тянется мучительно долго, а однообразным берегам не видно конца. Полуденное солнце палит невыносимо. Лохани с добычей закрыты от солнечных лучей брезентом, но защита ненадежна. Ученые в волнении, выдержат ли жители прохладных глубин летнюю севастопольскую жару. Не задохнутся ли, придавленные тяжестью песка? Судовая помпа работает не переставая, подливая в песок забортную воду. Но на ходу нет возможности забирать ее из глубины, а на поверхности она теплая и грязная. Все-таки около двух сотен животных добрались до берега вполне благополучно. Здесь рассмотреть их было легче. Они действительно оказались ланцетниками, и работа закипела.