Cała różnorodność form adaptacyjnych reakcji żywych organizmów jest podzielona na dwie grupy. Instynkt rozwinął się jako adaptacja do stałych i okresowych zjawisk środowiskowych.

Druga grupa jednoczy rodzaje zachowań zwierząt w indywidualnym życiu, a dokładniej, że każda bestia rozumiała i cierpiała własnym umysłem. Reakcje te pomagają ciału dostosować się do nieoczekiwanych, szybko zmieniających się warunków istnienia.

Obie formy aktywności adaptacyjnej obejmują kolejne serie działań mających na celu osiągnięcie korzystnych rezultatów dla organizmów. Jednak programowanie takich działań w ramach czynności wrodzonej i nabytej można przeprowadzić na różne sposoby.

Złote jaja osy i ślimaka Aplis

Z reguły instynktowna aktywność opiera się na sztywnych programach. Wybitny francuski przyrodnik J. Fabre, badając życie owadów, zwrócił uwagę na ciekawą formę instynktownego zachowania osy żółtoskrzydłej - sphex.

Na pewnym etapie rozwoju tych os, pod wpływem wewnętrznych zmian hormonalnych i czynników środowiskowych (przede wszystkim temperatury powietrza i długości dnia) rozpoczyna się dojrzewanie jaj. Konieczne jest również ich odroczenie. Ten etap zachowania mięsożernej osy jest typowym przykładem instynktownej aktywności.

Osa zaczyna się od wykopania określonego kształtu w odosobnionym miejscu. Następnie odlatuje, by polować na zwierzynę, która powinna służyć jako pokarm dla larw, gdy tylko wyklują się z jaj. Sfex to gra w krykieta. Sfex wykrywa krykieta i paraliżuje go potężnymi użądleniami w węzłach nerwowych. Ciągnąc go do dziury, osa pozostawia go przy wejściu, ona sama schodzi do dziury, aby sprawdzić sytuację.

Po upewnieniu się, że w dziurze nie ma obcych, osa przeciąga tam swoją zdobycz i kładzie jaja na piersi. Może również przeciągnąć jeszcze kilka świerszczy do dziury, aby uszczelnić nimi wejście. Potem odlatuje i nie wróci do tego miejsca.

Jeśli dokładnie rozważysz wszystkie etapy zachowania osy, zauważysz, że wszystkie jej ruchy są wdrażane zgodnie z unikalnym programem podporządkowanym jednemu wynikowi - składaniu jaj. Naukowiec J. Fabre wielokrotnie odpychał krykieta, który osa pozostawiała przy wejściu podczas inspekcji dołka. W tym przypadku po wyjściu z dziury i zauważeniu, że ofiara jest zbyt daleko, osa złapała ją ponownie, zaciągnęła do wejścia, a następnie zstąpiła do dziury, ale znowu sama. Osa niestrudzenie powtarzała wszystkie czynności: przeciągnęła krykieta, upuściła go, sprawdziła norkę, by po niej wrócić.

Tak więc, w zachowaniu osy, każdy poprzedni wynik jego działalności, mający na celu osiągnięcie jakiegoś kamienia milowego, determinuje rozwój następnej akcji. Jeśli osa nie otrzyma sygnału o pomyślnym zakończeniu poprzedniego etapu, nigdy nie przejdzie do następnego.

Wszystko to sugeruje, że zachowanie osy jest zbudowane według ścisłego programu. Wywołuje ją wewnętrzna potrzeba, motywacja. Ale wdrożenie programu zależy od etapowych i końcowych wyników adaptacyjnej aktywności zwierzęcia. Co to jest, następujące obserwacje pokazują. Gdy osa zamuruje wejście, możesz dosłownie zniszczyć jej wysiłki na jej oczach. Los jaj nie jest już interesujący dla osy, ponieważ jej misja została zakończona.

Cały program zależy od mechanizmów dziedzicznych. W końcu potomkowie osy nigdy nie spotkają się z rodzicami i niczego się od nich nie nauczą. Jednak te dziedziczne mechanizmy wchodzą w życie tylko w obecności pewnych czynników środowiskowych. Jeśli osy ich nie znajdą, powiedzmy miękką glebę dla norek, cały łańcuch działań staje się zagmatwany i pęka. A potem cała populacja os w tym nieszczęsnym miejscu umiera.

Wydaje się, że budowane są wszystkie formy instynktownej aktywności.Zostało to potwierdzone przez naukowców, którzy badali na wszystkich kontynentach oraz w otchłani mórz i oceanów maniery i nawyki skrzydlatych, czworonożnych, łuskowatych, płetwonogich, ziemnych i innych naszych sąsiadów na naszej planecie.

Im szersza była różnorodność instynktownego zachowania zwierząt, tym bardziej urzekła go największa tajemnica żywej przyrody. Jakie są wewnętrzne właściwości instynktów ciała? Po otwarciu w latach 1951–1953. J. D. Watson, F. Crick i M. Wilkins o strukturze DNA, to pytanie zostało skonkretyzowane, a teraz brzmi to tak: jak wrodzone zachowania są zakodowane w genach i jak je kontrolują?

Najbardziej żywą i pouczającą odpowiedź na to pytanie udzieliła grupa amerykańskich neurobiologów kierowana przez E. Candelę. Zbadali tę samą formę zachowania u ślimaków morskich aplizia, jak w przypadku składania jaja przez SFEX - jaja. Składanie jaj aplizii, jak twierdzą uczestnicy tych eksperymentów, to sznur zawierający ponad milion jaj. Jak tylko pod wpływem kurczących się mięśni przewodu hermafrodytycznego, w którym następuje zapłodnienie, jaja zaczynają być wypychane, ślimak przestaje się poruszać i jeść. Jej oddech i przyspieszenie akcji serca.

Ślimak chwyta sznur jajkiem ustami i poruszając głową, pomaga wyjść z przewodu, a następnie przekręca go w motek. Wreszcie, ruchem głowy, zwierzę przywiązuje mur do solidnej podstawy.

E. Kandel i I. Kupferman stwierdzili w zwoju brzusznym (tj. Akumulacji neuronów) aplizji tzw. Komórek nerwu pachowego. Wyciągnięto z nich ekstrakt i wprowadzono do ciała innych ślimaków. I okazało się, że moc niektórych substancji z tego ekstraktu nad zachowaniem mięczaków była tak wielka, że ​​ślimaki natychmiast zaczęły składać jaja, nawet jeśli ich dojrzałość jeszcze nie nadeszła. Ponadto niezapłodnione ślimaki, otrzymawszy taki ekstrakt, wykonały odrębne ruchy od rytuału składania jaj.

Naukowcy są zainteresowani substancjami, które stanowią aktywną zasadę ekstraktu z komórek pachowych. Okazało się, że są to 4 peptydy (tj. Krótkie łańcuchy aminokwasów), z których jeden nazwano GOY - hormonem składającym jaja. Pamiętaj tylko, że to odkrycie nie było całkowitą niespodzianką. Wśród innych biologicznie aktywnych substancji peptydy są obecnie badane najbardziej intensywnie.

W końcu te małe białka, działające w znikomych ilościach, regulują prawie wszystkie ważne procesy organizmu: odżywianie, oddychanie, wydzielanie, reprodukcję, termoregulację, sen itp. Liczba peptydów izolowanych z różnych tkanek przekroczyła już 500. Wiele z nich są syntetyzowane w tkance nerwowej i bezpośrednio kontrolują zachowanie.

Rola „pachowych” peptydów aplizji była również taka sama. Amerykańscy naukowcy odkryli 7 neuronów w układzie nerwowym aplii, na które peptydy te mają najsilniejszy i najbardziej selektywny wpływ. Według biologów te 7 komórek działa jak neurony sterujące. Innymi słowy, kontrolują pozostałe komórki nerwowe aplizji, które są częścią systemu funkcjonalnego, który zapewnia składanie jaj. W każdej aplozie komórki te pod wpływem peptydów „pachowych” zaczynają jednocześnie generować impulsy elektryczne, a dźwięk ich elektrycznej „mowy” w tym przypadku jest zupełnie inny niż w innych przypadkach, w których neurony dają elektryczny „głos”.

Oprócz uruchomienia tych neuronów sterujących, cztery peptydy z komórek pachowych miały również inne zawody, które były ściśle powiązane ze względu na jeden ostateczny cel - składanie jaj. Jeden peptyd spowalnia tętno. Kolejny przecina przewód gruczolistości hermafrodytycznej, tak że wychodzi sznur. Trzeci tłumi apetyt ślimaka, aby żarłoczna matka nie jadła z własnym potomstwem.

F. Strumwasser i jego koledzy wyizolowali jeszcze 2 peptydy z układu rozrodczego ślimaka. Nazywano je peptydem A i peptydem B.To oni zmusili komórki pachowe do wydzielenia czterech właśnie opisanych peptydów. Dzięki temu odkryciu mechanizmy uruchamiania funkcjonalnego systemu składania jaj stały się bardziej przejrzyste.

Potwierdzono zatem, że to peptydy „łączą” komórki nerwowe w jedno działające połączenie, wybierając z zestawu możliwych związków neuronów te, które podlegają ich działaniu, i włączając je w układy funkcjonalne. Wraz z neuronami peptydy łączą również komórki obwodowe we wspólnotę. W wyniku skoordynowanej peptydem aktywności całego tego ogromnego zestawu komórek osiąga się użyteczny wynik zachowania.

Wydawałoby się, że wszystko tutaj jest logiczne i przemyślane. Ale w rzeczywistości bardzo ważny problem pozostał nierozwiązany, dopóki neuronaukowcy nie zaczęli pracować z odszyfrowanymi genami.
Przez czyj „porządek” wszystkie cztery peptydy zaczęły być wydzielane przez komórki pachowe w ścisłej kolejności? Pod działaniem peptydów A i B? Oczywiście. Ale w końcu substancje te uruchomiły tylko tajemniczy mechanizm w komórkach pachowych. Jak on się zachowuje?

To pytanie jest bardzo ważne. W końcu była warta tej sekwencji i proporcjonalności w przydziale peptydów i na tej podstawie zbudowano twarde programowanie instynktownego zachowania aplizji, przynajmniej w jakiś sposób, aby się złamać, a ona nie składała jaj. Oczywiście zdarzyłoby się to również w przypadku sphex, w którym zgaduje się również „pismo ręczne” pewnej grupy peptydów.

Neuronaukowcy najpierw zasugerowali, a następnie udowodnili, że natura syntezy peptydów z jednej grupy funkcjonalnej powierza jeden i ten sam gen lub co najmniej kilka genów, ale jest ściśle ze sobą powiązana przez powszechność mechanizmów regulacyjnych.

Za pomocą metod inżynierii genetycznej amerykańscy naukowcy zidentyfikowali i w pełni ustalili sekwencję nukleotydową dla trzech genów aplisii. Pierwszy „wydrukowano” w ściśle określonej sekwencji cztery peptydy komórek pachowych. Dwa inne geny syntetyzowały peptydy A i B. Analiza sekwencji nukleotydowej tych genów ujawniła zduplikowane miejsca. Wskazuje to, że wszystkie trzy geny pochodzą z tego samego prekursora. Podczas ewolucji prawdopodobnie został zmutowany. Na przykład liczba kopii tego genu może wzrosnąć (duplikat). Z powodu nowych mutacji wpływających na nowo utworzone geny, rozpoczęli własną ewolucję. W rezultacie duplikacja genów poprzez tworzenie nowych rodzin peptydów doprowadziła do wzrostu liczby funkcji organizmu, na przykład wrodzonych programów zachowania.

Trudno przecenić znaczenie tej pracy dla biologii. Możliwe było opracowanie i kontynuacja idei systemowej roli peptydów. Stało się jasne, w jaki sposób pośredniczą one w działaniu „ogólnych kolekcjonerów” funkcjonalnych systemów genów na różnych komórkach. Ścieżka ewolucyjna prowadząca od mutacji genetycznych do namnażania i komplikacji programów zachowania instynktownego stała się wyraźniejsza.

Jednak bez względu na to, jak kuszące były te hipotezy, wciąż trzeba je było potwierdzić na zwierzętach innych niż aplizja. Dopiero wtedy można mówić o uniwersalnej naturze zasady kontroli nad reakcją całego ciała jednego genu kodującego grupę funkcjonalnie połączonych peptydów. I to już zostało zrobione.

Amerykańscy naukowcy N.I. Tublitz i jego koledzy udowodnili, że kilka połączonych genów koduje grupę peptydów, które kontrolują końcowy etap metamorfozy ćmy tytoniowej - wyjście owada z poczwarki. Ten trudny program behawioralny uruchamia jeden duży peptyd. Jest syntetyzowany w układzie nerwowym i zaczyna być uwalniany do krwi na dwie i pół godziny przed wykluciem się ćmy. Owad wysiadając z poczwarki rozkłada skrzydła. Trzy inne peptydy kontrolują te procesy. Dwa z nich przyczyniają się do wypełnienia naczyń krwionośnych naczyń krwionośnych, skąd wpływa do naczyń krwionośnych skrzydeł i rozprzestrzenia je.Trzeci peptyd działa na tkankę łączną skrzydeł. Kiedy się prostują, daje im plastyczność, a następnie - stałą sztywność.

W latach 1980–1983 w laboratoriach profesora S. Num (Japonia) i dr P. Seburga (USA) ustalono sekwencję genu drukującego białko preproopiomelanokortyny. W mózgu ta ogromna cząsteczka jest cięta enzymami na kilka krótkich łańcuchów - peptydów. U zwierząt i ludzi peptydy preproopiomelanokortyny tworzą pojedynczy układ funkcjonalny. Wszyscy znamy jego działanie. Dzięki niej nasze ciało reaguje na silne i nieoczekiwane bodźce wrodzoną reakcją - stresem.

Jeden peptyd z rodziny preproopiomelanokortyny zwiększa wydzielanie hormonów glukokortykoidowych nadnerczy. Z kolei zwiększają krążenie krwi w mięśniach, zwiększają ich kurczliwość, zwiększają poziom glukozy we krwi. Kolejny peptyd stymuluje rozpad tłuszczu. Ze względu na glukozę i tłuszcze mobilizowana jest energia rezerwowa. Trzeci peptyd zwiększa wydzielanie insuliny i zapewnia wykorzystanie glukozy przez tkanki. Czwarty gasi ból. Dlatego nawet poważne obrażenia podczas podniecenia, stresu, nie zauważamy natychmiast. W ten sposób natura umożliwia żyjącym istotom w ekstremalnej sytuacji dokończenie najważniejszej rzeczy, a następnie „samoleczenie”. Wreszcie ten ostatni peptyd zwiększa uwagę i poziom czuwania mózgu, co jest również przydatne w każdej sytuacji życiowej.

Prawdziwie „złote jajka” przyniosły naukowcom sferę i aplizję. Obserwując w ubiegłym wieku zachowanie mięsożernej osy, J. Fabre odkrył główne zewnętrzne wzorce zachowań wrodzonych. Po około stu latach amerykańscy neuronaukowcy ogólnie opisali molekularny mechanizm genetyczny, za pomocą którego mózg przechowuje i wdraża programy zachowania wrodzonego.

Jednak prace w tym kierunku dopiero się rozpoczęły. W końcu wrodzone zachowanie ssaków, które jest ostatecznym celem wszystkich badań nad nauką mózgu, w rzeczywistości nigdy nie jest tak mocno zakodowane, jak reakcje sfinksa, aplizji lub ćmy tytoniowej. Znaczenie czynników środowiskowych zaobserwowanych przez J. Fabre'a podczas obserwowania drapieżnej osy w instynktownym zachowaniu ciepłokrwistych zwierząt jest nieporównywalnie większe. W związku z tym zasady kontroli genetycznej są bardziej skomplikowane, bardziej plastyczne i pod pewnymi względami już inne.