Божественная симметрия

Уравновешенное, гармоничное соотношение пропорций, попросту говоря, симметрия в нашем представлении тесно связана с понятием красоты. Это подкреплено бесчисленными свидетельствами авторитетов, и в том числе такого знатока красоты, как древнегреческий ваятель Поликлет, созданиями которого человечество восхищается уже не одну тысячу лет.

Не случайно христиане и представители других религий, изображая бога как символ вечной истины и справедливости, чтобы подчеркнуть божественное совершенство всевышнего, рисуют его обязательно анфас, то есть в симметричном виде. По той же причине тяжеловесные культовые пирамиды майя, изящные греческие храмы, славянские соборы и византийские базилики — словом, все места богослужения, а также административные здания обычно обладают двусторонней (зеркальной) симметрией. Вспомните хотя бы абрис Белого дома, резиденции американских президентов, навязчиво глядящего на нас с почтовых марок, открыток, обложек заокеанских журналов.

Симметричный — значит совершенный. Во всяком случае, эти слова нередко используются как синонимы в языках многих европейских народов. Оба эти понятия в сознании людей окружены каким-то особым ореолом. Невольно истинная симметрия и истинное совершенство кажутся недостижимым идеалом для человека. Отражение этих представлений и сейчас можно встретить в искусстве, литературе, философии.

Представления о красоте и совершенстве не абсолютны. Они родились и упрочились под воздействием окружающей природы еще у наших далеких предков. А она давала достаточно поводов для размышлений. Особенно поражали кристаллы правильностью своих пропорций, безукоризненным повторением формы. И не случайно они породили множество легенд и суеверий. Такое могли сотворить только ангелы или подземные духи, думали наши предки, еще не познавшие законов кристаллохимии — науки о природе химических связей в кристаллах — и кристаллографии, объяснившей происхождение их формы.

Не только кристаллы, большинство творений природы обычно обладают той или иной формой симметрии. На основании этого признака наша планета Земля вполне могла бы быть названа царством симметрии. Природа использовала все ее основные виды, которые можно представить по геометрическим соображениям. Подавляющее число живых организмов обладает одной из трех ее видов: шаровидной, лучевой, а более высокоразвитые существа — билатеральной симметрией.

Симметрия в строении тела животных настолько постоянный признак, что невольно возникает мысль, не является ли она одним из основных свойств жизни. Но нет, причины ее возникновения никоим образом не связаны с какими-то особыми свойствами живой материи, а целиком обусловлены воздействием внешней среды, которая с момента возникновения жизни на Земле принимала, да и сейчас принимает самое активное участие в формировании внешнего облика обитателей нашей планеты.

Как известно, Земля, если отбросить мелкие детали, имеет форму шара. Силы земного тяготения направлены к центру Земли, образуя шаровую симметрию поля тяготения. Для шарообразных объектов характерно, что через каждую их точку можно провести бесчисленные плоскости симметрии.

Чтобы симметрия созданий природы не вступала в конфликт с симметрией сил земного тяготения, ось тела любых организмов, которые обречены всю жизнь стоять неподвижно, расти или двигаться вертикально вверх, должна обязательно совпадать с линией, образуемой пересечением плоскостей симметрии поля тяготения, проходящих через точку, к которой они прикреплены (или из которой движутся вертикально вверх), и поэтому неизбежно приобретают лучевую симметрию.

Напротив, плоскость симметрии всего растущего или передвигающегося параллельно поверхности Земли должна обязательно совпадать с одной из бесчисленных плоскостей симметрии поля земного тяготения, а сам организм, следовательно, иметь билатеральную (двустороннюю, зеркальную) симметрию. Только мелкие, главным образом одноклеточные организмы, живущие в воде во взвешенном состоянии, находятся как бы в невесомости, ибо в какой-то мере избавлены из воздействия ига земного притяжения, а потому и могут приобретать шаровую, спиральную или другие типы симметрии.

Законы симметрии в равной мере распространяются и на творение рук человеческих. Окружающие нас предметы чаще всего имеют радиальную или билатеральную симметрию, то есть подчинены требованиям симметрии поля земного тяготения и потому способны надежно нам служить. Оглянитесь по сторонам, это обнаруживается повсюду — в планировке городов и поселков, парков и скверов, транспортных магистралей и возделываемых полей. Подавляющее большинство самых необходимых для нас предметов — от книги, ложки, чайника и молотка до газовой плиты, холодильника и пылесоса — тоже обладает двусторонней симметрией. Вот почему большинство транспортных средств, от детской коляски до сверхзвукового реактивного воздушного лайнера, предназначенных для движения по земной поверхности или параллельно ей, имеют билатеральную симметрию, а космическая ракета, устремляющаяся вверх, в небо, — радиальную.

У зеркала

Многие виды симметрии нашли отражение во внешнем строении животных, в конструкции их внутренних органов, в конфигурации молекул органических веществ. Мы не станем углубляться в сложный мир геометрии пространства. Здесь будет затронута лишь одна разновидность симметрии — зеркальная, случаи ее проявления и нарушения в строении и функциях животных и человека.

Представим себе, что две перчаточные фабрики страны, одна во Львове, а другая где-нибудь на Дальнем Востоке, объединились, и теперь для удобства производства львовская выпускает перчатки лишь на правую руку, а хабаровская — на левую. Если работа обоих предприятий организована безукоризненно, обе фабрики будут потреблять одинаковое количество сырья и энергии, потому что правая и левая перчатки во всем одинаковы, как предмет и его отражение в зеркале, как левая и правая половины нашего тела.

Двусторонняя симметрия обычна у творений природы: горные хребты и пропасти, овраги, русла рек, другие элементы рельефа местности, многие растения могут обладать двусторонней симметрией, но особенно охотно придерживаются этой «моды» обитатели Земли, что, несомненно, в полной мере относится и к человеку. Симметрия в строении тела животных и человека настолько привычна, что немногие исключения из этого правила, известные людям еще с древности, такие, как асимметрично завитые раковины моллюсков или уродливые тела донных рыб — камбал с обоими глазами на одной стороне тела, удивляли ученых на протяжении многих столетий.

Даже теперь, когда животный мир нашей планеты в общих чертах изучен, примеры асимметрии приходится перечислять чуть ли не по пальцам, да и те чаще всего относятся к устройству скрытых от глаз внутренних органов. У брюхоногих моллюсков одна почка, одна жабра, одна половая железа. В соответствии с этим дыхательное, половое и анальное отверстия и отверстие мочеточника находятся на правой стороне тела. У своеобразных амфибий — червяг развито только левое легкое, а у змей — правое. У дятлов необычно длинный язык, который они в поисках пищи запускают в выдолбленные отверстия или природные щели. Язык так велик, что не помещается в полости рта, а нырнув под кости нижней челюсти, двумя ножками огибает шейные позвонки, взбирается по черепу на затылок и здесь, соединившись в общий пучок мышц и связок, закрепляется в правой ноздре, так что птицы вынуждены дышать лишь левой.

Еще меньше примеров асимметрии внешнего строения животных. Наибольшей известностью пользуются раковины моллюсков. У одних особей они закручены по часовой, у других против часовой стрелки. У наших северных «попугаев» — клестов, питающихся семенами еловых или сосновых шишек, большой крючкообразный клюв имеет крестообразное строение. У птенцов он еще вполне симметричен, но по мере взросления птиц подклювье отклоняется влево или вправо. Левосторонние клесты встречаются чаще правосторонних. Полярный дельфин-нарвал вооружен бивнем. Он вырастает из зачатка левого зуба верхней челюсти и закручен против часовой стрелки в тугую спираль. Правый зачаток не развивается.

Двусторонняя симметрия возникла на определенной стадии развития обитателей Земли. Первые живые организмы, зародившиеся где-то в Мировом океане, обладали шаровидной симметрией. Хотя многие из их современных потомков, и сегодня живущих во взвешенном состоянии, наверняка имеют более сложно организованное «тело», они упорно продолжают сохранять шаровидную симметрию, В однородной среде шарообразная форма организма наиболее удобна для равномерного извлечения всеми частями тела кислорода и растворенных в воде питательных веществ. Но стоило этим существам опуститься на дно и начать примериваться к возможностям оседлой жизни, им поневоле пришлось отказаться от шаровидной симметрии, заменив ее на лучевую. Позже, когда у животных возникла потребность активно передвигаться, им пришлось обзавестись билатеральной симметрией. Только морские звезды да некоторые черви еще сохранили лучевую.

Безусловно, симметрия тела человека и животных далеко не абсолютна. Мы прекрасно знаем, что некоторые органы (печень, селезенка, сердце) не обладают симметрией, да к тому же и расположены асимметрично.

Мало того, если скрупулезно измерить пропорции нашего тела, внимательно вглядеться в лица окружающих людей, то станет очевидно, что симметричность наша весьма относительна. Даже в непревзойденных по своему совершенству лицах Венеры Милосской или Джоконды нет строгой симметрии. Однако эти мелкие случаи отступления от абсолютной симметрии воспринимаются скорее как дефект поточного производства, как вечное стремление к идеалу и сознание того, что полностью его достигнуть невозможно.

Возникнув в связи с потребностью живых организмов целенаправленно передвигаться в пространстве, двусторонняя симметрия в первую очередь коснулась органов движения: ног у ракообразных, пауков, насекомых, амфибий, рептилий и млекопитающих, крыльев у птиц и летучих мышей, плавников у кальмаров, миног, рыб, тюленей, китов и дельфинов. Недаром у улитки с ее асимметрично закрученной раковиной тело, и в том числе «нога» (массивный мускулистый нерасчлененный орган с широкой нижней поверхностью, называемой подошвой, с помощью которой она ползет по твердому субстрату), вполне симметричны. То же относится и к двигательным органам камбалы, которая в отличие от остальных рыб плавает на боку, повернувшись безглазой стороной тела вниз.

Неудивительно, что органы, управляющие движением, вся нервная система, включая спинной и головной мозг животных и человека, также имеют двустороннюю симметрию. Видимо, при таком устройстве мозга значительно проще организовать слаженную работу плавников, ног или крыльев, чтобы активно перемещаться в пространстве, избегая столкновения с подвижными и неподвижными предметами, неукоснительно поддерживать равновесие тела, осуществлять безаварийное приземление в заданной точке пространства и совершать другие координированные движения.

Благодеяние герцога Анжуйского

Процесс эволюции животных нашей планеты скрыт от нас сотнями миллионов лет. О многих его деталях мы, видимо, никогда не узнаем. Особенно о самых ранних этапах, следов от которых практически не сохранилось. Однако обитающие до настоящего времени на Земле примитивные существа, прямые потомки первых живых организмов, позволяют в самых общих чертах представить, как протекала эволюция нервной системы, ее основные этапы.

С момента возникновения центральной нервной системы и у беспозвоночных, и у позвоночных животных все ее части состоят из симметрично расположенных парных образований.

У высших беспозвоночных она представляет собою две параллельно идущие цепочки нервных ганглиев. Обычно первые две пары, надглоточный и подглоточный ганглии, бывают самыми крупными, и часто каждая пара сливается в единое образование, да и остальные обычно соприкасаются, образуя единый нервный узелок. Последовательная цепочка из парных нервных ганглиев соединена нервными коннективами, которые на отдельных участках могут сохранять самостоятельность, и тогда нервная система становится похожа на лестницу, а в других сближены, образуя общий нервный тяж, однако на поперечном срезе четко видно, что это парное образование.

Центральная нервная система позвоночных более компактна, чем у беспозвоночных, но поперечный срез, сделанный на любом уровне, подтвердит строгую симметрию ее внутреннего устройства. А у высших позвоночных два образования, мозжечок и конечный (передний) мозг, который в дальнейшем нас преимущественно и будет интересовать, состоят из четко разграниченных парных полушарий. Как и остальные отделы центральной нервной системы, они и по внешнему виду, и по внутреннему устройству, в том числе и по характеру связей с остальными отделами мозга, сохраняют двустороннюю симметрию.

Полушария конечного мозга, носящие название больших полушарий, являются средоточием высших психических функций, главным командным центром нервной системы. Недаром они имеют связи со всеми частями головного и спинного мозга.

Сюда поступает информация из всех районов тела, от всех органов чувств. Осмыслив ее, полушария отдают приказ о предстоящей работе с точным указанием, какими органами и мышцами он должен выполняться, и направляют его в спинной мозг. Здесь в строгом соответствии с волей больших полушарий разрабатывается план выполнения приказа, составляется детальнейший помиллисекундный график работ всех его участков и даются команды мышцам, обеспечивающие строгую координацию их усилий.

Связи, по которым передается информация и всевозможные команды, как и все в нервной системе, симметричны. Однако в их характере у человека много неожиданного, парадоксального. Первый парадокс: двигательные отделы больших полушарий руководят работой мышц противоположной части тела. Правое полушарие, например, почему-то руководит работой левых конечностей и всех мышц левой половины тела, а левое, наоборот, распоряжается правыми мышцами и правыми конечностями. Такая организация руководства двигательными реакциями возможна лишь потому, что нервные волокна, передающие двигательные команды, попадая в спинной мозг, переходят на его противоположную сторону.

Интересно, что у предков позвоночных животных строение нервной системы было иным. Каждая половина спинного мозга получала распоряжения от обеих половин головного мозга. И до сих пор такое устройство нервной системы сохранилось у большинства животных, причем чем ниже на эволюционной лестнице они находятся, тем более равноценно участие обеих половин головного мозга в организации движений любой группы мышц.

Сходным образом ведут себя нервные волокна, несущие в мозг информацию с периферии тела от органов чувств: глаз, ушей, вестибулярного аппарата, от рецепторов кожи и мышц, только на противоположную сторону мозга переходят не все. Например, у человека и обезьян каждый зрительный нерв посылает одинаковое число нервных волокон в оба мозговых полушария. У остальных млекопитающих информация распределяется менее равномерно. Большая ее часть идет в противоположную половину головного мозга, а у низших позвоночных, скажем у рыб, правый глаз посылает информацию только левой половине мозга, а левый — соответственно — правой. Вот вам второй парадокс: каждое полушарие человеческого мозга командует только одной половиной тела, а информацию в равной мере получает от его обеих половин. Это приводит к усилению принципа единоначалия нервных центров человеческого мозга и обеспечивает им получение всеобъемлющей информации.

Внутренние органы человека, как уже отмечалось, не обладают строгой симметрией. Сердце, желудок, кишечник, печень и селезенка имеются в единственном числе. Казалось бы, центры для управления ими должны были развиться лишь в одной из половин мозга. Ничего подобного не произошло. В руководстве их работой участвуют обе половины мозга.

Кажется чрезвычайно странным, что лишь очень недавно люди поняли, что мозг — орган первостепенной важности. Древние народы относились к нему без особого почтения. Египтяне, бальзамируя умерших, не заботились о целости мозга. Его по частям извлекали через левую ноздрю и выбрасывали, тогда как другие органы сохраняли в специальных сосудах, помещаемых вместе с мумией в саркофаг. Видимо, египтяне не считали, что мозг может им понадобиться в загробном мире.

Внешнее строение мозга, как оно ни удивительно, ничего не говорило о его функциях. Ученые древности даже не догадывались о его назначении. Смешно сказать, но величайший греческий ученый Аристотель считал мозг всего лишь большой железой, предназначенной для охлаждения крови.

Между тем простые наблюдения за ранеными в голову могли бы открыть кое-какие тайны мозга. Действительно, уже великий Гиппократ знал, что при обширных поражениях больших полушарий возникает паралич рук и ног на противоположной стороне тела. Это до некоторой степени отвечало на вопрос о назначении мозга, но не поколебало его мнения о том, что мозг — железа и, как все другие железы человеческого тела, помогает удалять из организма излишнюю влагу.

Лишь другой греческий врач, Герофил, сумел освободиться от бытовавших веками предрассудков и взглянул на мозг глазами медика, не раз наблюдавшего тяжелые последствия черепных ранений. Он понял, что головной мозг — центр всей нервной системы, он руководит произвольными движениями, участвует в восприятии внешнего мира и служит человеку органом мышления.

К сожалению, достижения древних ученых, если они не совпадали со взглядами Аристотеля, чаще всего игнорировались. Прошло два тысячелетия, прежде чем догадки Герофила и его последователя Галена утвердились в умах европейских ученых.

Все сведения о мозге, которые с тех пор постепенно накапливали ученые, недвусмысленно подтверждали скрупулезное дублирование функций правой и левой его половин. Первый удар по прочно устоявшимся представлениям о симметрии функций мозга нанес М. Дакс. Он жил и работал в старинном университетском центре Франции, в городе Монпелье, прославленном многими поколениями анатомов. Университет издавна являлся центром анатомической мысли. Он одним из первых в Европе и первым во Франции еще в 1376 году получил право вскрывать человеческие трупы, дарованное ему Людовиком Анжуйским. Герцогское благодеяние не пропало даром. Оно позволило воспитать в университетских стенах целую плеяду талантливых ученых.

Дакс не посрамил своих предшественников. В 1836 году он выступил с большим докладом о многолетних исследованиях. Работа была выполнена весьма обстоятельно на огромном по тем временам материале, анализе 40 больных. Суть его сообщения сводилась к тому, что потеря речи обычно сопровождается параличами правых конечностей, а следовательно, является результатом поражения левого полушария. Удар Дакса не попал в цель. Его доклад не получил у специалистов широкой известности, так как при жизни автора напечатан не был. Его подготовил для печати сын Дакса и опубликовал лишь 30 лет спустя. Неудивительно, что другому французскому ученому — хирургу и анатому П. Брока — 25 лет спустя пришлось это открытие повторить.

Свою трудовую деятельность Брока начал прозектором. Уже став известным хирургом, ученый продолжал активно интересоваться строением человеческого тела, главным образом мозга. Он даже организовал французское общество антропологов и многие годы исполнял обязанности его секретаря. Пожалуй, клинику свою любил он чуть меньше, чем лабораторию, которой отдавал все свободное время.

Свое открытие Брока сделал случайно. В его клинике лечилось двое больных. Оба поступили к нему из Бисетрской больницы. Первому из них, Леборну, в это время был 51 год. К моменту поступления к Брока у него уже более 10 лет наблюдался паралич правой руки и ноги и 21 год он был лишен речи. Из всех слов родного французского языка больной сохранил способность с грехом пополам произносить два: «tan» (пора) да «Sacre nom…» (черт возьми). Он утратил способность писать и совершенно не умел объясняться жестами. Товарищи по Бисетрской больнице питали к нему отвращение и даже называли вором. При смене постельного белья, которое проводилась раз в неделю, у него на правой ноге обнаружили обширное подкожное воспаление, что и послужило поводом для перевода в хирургическую клинику.

Второму больному, по фамилии Лелонг, было 84 года. Он оказался в хирургической клинике из-за перелома бедра. За девять лет до поступления к Брока после припадка с потерей сознания у него исчезла речь. Сохранилась способность произносить лишь пять слов: «oui» (да), «non» (нет), «tois» — искаженное «trois» (три), «toujour» (всегда) и «Lelo» (Лелонг).

Не имея возможности произносить ничего другого, больной широко пользовался остатками речи, однако чаще всего употреблял слова неправильно. Когда его спрашивали, умеет ли он писать, Лелонг говорил «да». Однако, если давали перо и бумагу и просили что-нибудь написать, вынужден был отвечать «нет!». И действительно, не только писать, вообще пользоваться пером он не мог. На часах больной мог показать лишь десять часов, но при этом произносил слово «три». Других числительных в его словаре не было.

Способность объясняться жестами у Лелонга сохранилась в большей степени, чем у предыдущего больного. Он мог объяснить, что имеет двух сыновей и двух дочерей, показывал на пальцах, что в больнице находится девять лет, что ему 84 года, и даже изображал, как работал в саду, давая понять, что в прошлом он садовник.

Причины потери речи были тогда еще совершенно непонятны и лечить их даже не пытались. Оба больных умерли вскоре после поступления здесь же, в клинике, и на вскрытии выяснилось, что у пациентов были поражены одинаковые районы левого полушария. Брока оказался прозорливым ученым. На основе всего двух случаев он сумел понять, что человеческой речью руководит левое полушарие.

Открытие Брока потрясло ученый мир. Парадоксальность обнаруженного явления, всевозрастающий интерес к функции мозга вызвали поток специальных исследований и клинических наблюдений. Они полностью подтвердили выводы Брока. Те отделы мозга, которые были поражены у его пациентов, впоследствии были квалифицированы как моторные центры речи и названы его именем.

Существенный вклад в изучение обнаруженного парадокса внесли исследования К. Вернике, немецкого психиатра, нейропсихолога и нейроанатома, который обнаружил в задней трети первой височной извилины левого полушария вторую речевую область. При ее поражении больные теряли способность понимать речь и говорить, повторять слова, называть предметы, писать под диктовку. Таким образом, здесь же, в левом полушарии, был найден воспринимающий речевой центр, или сенсорный, как принято называть анализаторные зоны мозга. Этому отделу мозга присвоено имя Вернике. Постепенно выяснилось, что деятельность левого полушария обслуживает и другие функции, так или иначе связанные с речью: чтение, письмо, счет, словесную память, мышление.

Отмычки для «черного ящика»

Открытия редко делаются непреднамеренно. Даже если встреча с новым, еще неведомым явлением произошла совершенно случайно, осмыслить его чаще всего удается лишь на основе идей и представлений, уже существующих в науке. Когда уровень наших знаний еще не дорос до того, чтобы по достоинству оценить открытие, оно остается незамеченным.

Трудно представить, что до Дакса и Брока врачи не замечали, как часто потеря речи и паралич правых конечностей сопутствуют друг другу. Безусловно, замечали, но в существовавшей тогда системе взглядов эти наблюдения не находили себе места, а потому на них не обращали внимания. Лишь в начале XIX столетия мозг привлек всеобщее внимание. Одним из поводов для повышенного интереса была превосходно выполненная работа Ф. Галля и Г. Шпурцгейма по анатомии человеческого мозга.

Несомненной заслугой Галля было утверждение, что характер психических расстройств зависит от места повреждения мозга. Однако в своих публикациях он далеко вышел за пределы собственного экспериментального материала, утверждая, что развитие определенных способностей, склонностей, черт характера приводит к такому разрастанию соответствующих участков мозга — мозговых центров, что кости черепа над этим местом вынуждены выгибаться шишкой. По ним якобы можно судить о характере человека и его способностях. Галль указал местоположение 37 шишек, в том числе шишек трусости, агрессивности, патриотизма.

Работа Галля вызвала бурную дискуссию, и не только из-за ее чисто умозрительного характера. На нее прежде всего ополчилась церковь. Учение Галля опровергало непознаваемость человеческой души и ее божественное происхождение. Если продолжить цепь его логических рассуждений, выходило, что можно определить, где у божественной души «ноги», а где «голова» и где (подумать страшно!) центры злословия или пристрастия к алкоголю. Получалось, что человеческие пороки — не плод наущения дьявола, а составные части все той же данной богом души. Насколько серьезно церковь отнеслась к учению Галля, видно хотя бы из того, что, отбывая ссылку на Святой Елене, Наполеон, перечисляя свои заслуги перед человечеством, не забыл упомянуть, что именно он добился от австрийского императора изгнания ученого из Вены и прекращения его деятельности.

Любые сведения о работе мозга грозили крушением церковных догм. Вот почему идею локализации отдельных психических функций в разных участках мозга не могла принять значительная часть исследователей. Их позицию укрепили результаты обстоятельного физиологического исследования П. Флюранса, которое и до сих пор частенько цитируют современные нейрофизиологи.

Флюранс проводил свои эксперименты на голубях. Ученый удалял у них различные участки больших полушарий и следил, как при этом изменялось поведение птиц. Он установил, что большие полушария голубей единолично руководят их поведением. Однако Флюранс не заметил у больших полушарий какого-либо разделения функций и пришел к выводу, что интеллект птиц нарушался совершенно одинаково, какой бы участок ни повреждался. Имело значение лишь количество удаленного мозгового вещества: чем больше его удалялось, тем сильнее нарушалось поведение птиц. Таким образом, по Флюрансу, большие полушария функционируют как единое целое. Все части их равноценны, примерно так же, как у футбольного мяча: по какому бы месту мяча ни ударить, он отскочит с одинаковой силой.

Эти и последующие работы приковали всеобщее внимание, разделили ученых на два непримиримых, враждующих лагеря: сторонников локализации функций в мозгу и сторонников равноправия всех частей и отделов больших полушарий. Невольно все имеющиеся сведения о мозге рассматривались теперь с точки зрения этих двух противоборствующих течений. Каждый исследователь искал данные, способные поддержать одну теорию и опровергнуть другую.