Глава 4. Эволюция жизни

4. Эволюция жизни.

В предыдущей главе мы рассмотрели закономерность возникновения жизни, как формы существования высокоорганизованной материи. Описали возможные процессы на молекулярном уровне, приведшие в итоге к появлению клетки, являющейся основой всех живых организмов на Земле. В этой главе мы попытаемся проследить весь эволюционный путь живых организмов от клетки до появления разумных существ.

Эволюция живых организмов по современным представлениям шла за счет естественного отбора. Признавая бесспорную истинность этого, следует все же обозначить механизмы такого отбора. Само утверждение, что изменения в организме происходят за счет мутаций так же не вызывает сомнений, так как естественный отбор наиболее приспособленных организмов к внешним условиям их существования происходит именно из числа мутантов. По сути мутации являются первоосновой естественного отбора, а мутанты его материалом. Вот почему, рассматривая механизмы естественного отбора, следует сначала рассмотреть природу мутаций.

Установлено, что мутации происходят в ДНК или РНК, за счет изменения последовательности и количества нуклеотидов в них. Но здесь встает вопрос: под воздействием каких факторов это происходит? Либо изменения происходят случайно в самих ДНК, либо изменения в ДНК (РНК) связаны с изменением окружающей ее среды? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим строение животной клетки, схема которой приведена на рис. 1.

Любая клетка состоит из двух основных частей: ядра и цитоплазмы, в которой находятся органоиды и включения. По современным представлениям вся наследственная информация заключена в ДНК (в наборе их генов). В животной клетке ДНК находятся в хромосомах ядра. То есть в случае мутации изменения должны произойти в ядре. Но здесь напрашивается вопрос: в какой период существования клетки это происходит? Если предположить, что это происходит в существующей клетке в период, когда она не находится в стадии формирования или деления, то в ее ДНК должна измениться либо последовательность нуклеотидов в ее цепи, либо их количество, либо то и другое в условиях, когда этому, казалось бы, ничто не способствует. Однако это не совсем так. Изменения в клетке могут произойти под воздействием внешней среды. Так в результате нейтронного облучения в строении клетки могут произойти серьезные изменения, связанные с разрушением некоторых атомов, как в молекулах ДНК, так и в молекулах органоидов. В этом случае измененную клетку можно признать мутантом, жизнеспособность которого выявится в первую очередь в способности к самовоспроизводству. То есть наследование изменений в клетке может происходить только либо в процессе деления соматических клеток, либо в процессе формирования половых клеток. И здесь следует заметить, что цитоплазма клетки со всеми ее органоидами и включениями является средой, в которой поддерживается микроклимат, необходимый для сравнительно устойчивого сохранения структур ДНК в ядре. Очевидно, что с изменением составляющих цитоплазмы изменяются и условия существования молекул ДНК.

1 – цитоплазма;

2 – комплекс Гольджи;

3 – вакуоль;

4 – ядро:

5 – ядрышки;

6 – эндоплазматическая сеть;

7 – митохондрии;

8 – клеточная мембрана.

Рис. 1

Основной деятельностью любой клетки является поддержание химических процессов в ней, обеспечивающих воспроизводство потомства (своих копий). Для обеспечения жизнедеятельности клетки (включая ее специфическую деятельность, направленную на выполнение какой-то определенной функции) требуется постоянная энергетическая подпитка. В животной клетке это происходит следующим образом.

Эндоплазматическая сеть обеспечивает поступление в клетку веществ из окружающей среды. В комплексе Гольджи, представляющем внутриклеточный сетчатый аппарат, происходит формирование продуктов жизнедеятельности клетки (различных секретов, коллагена, липидов, гликопротеидов и т.д.). Эти продукты могут перемещаться внутри клетки как непосредственно в цитоплазме, так и через эндоплазматическую сеть. Часть из них попадает в митохондрии, где происходят окислительно-востановительные реакции, которые и обеспечивают клетки энергией.

Основным итогом жизнедеятельности организма является воспроизводство своих копий. Способность к такому воспроизводству есть основной признак, по которому происходит естественный отбор. Мутант любого организма, не дающий потомства, естественным образом исключается из эволюционной цепи. По этой причине эволюция клетки была направлена в первую очередь на такую ее жизнедеятельность, когда большинство химических процессов, протекающих внутри нее, направлены на сохранение собственной структуры, обеспечивающей подготовку и осуществление воспроизводства своей копии. Если бы клетка в процессе своей жизнедеятельности не претерпевала никаких структурных изменений, то, в случае обеспечения ее необходимыми веществами, она могла бы существовать вечно. Однако обменные процессы, связанные с потреблением необходимых веществ извне и удалением их в виде отработанного материала (продуктов жизнедеятельности), неизбежно приводят к изменениям в цитоплазме и в содержащихся в ней органоидах. В частности, эти изменения могут быть связаны с накоплением остатков продуктов жизнедеятельности клетки, которые могут не только "захламлять" эндоплазматическую сеть, но и изменять радикалы оснований аминокислот, нуклеотидов, и других молекулярных оснований. В итоге указанные изменения приводят к нарушениям, которые сначала подавляют способность клетки к самовоспроизводству, а затем приводят к энергетическому дисбалансу, в результате которого происходит распад сложных молекул. Жизнедеятельность клетки прекращается, происходит ее разрушение. Таким образом, если говорить о смерти любого организма, то генетически она не запланирована. Неизбежность смерти предопределена "несовершенством" в строении клетки в целом. Однако не будь этого "несовершенства", не было бы и эволюции жизни. Она замерла бы на низших формах, которые существовали бы до тех пор, пока позволял климат Земли. На основе таких рассуждений можно сделать вывод, что процесс старения живого организма начинается сразу же после прекращения его роста (то есть прекращения деления его клеток). Процесс вымирания, начинается с потери способности к самовоспроизводству.

Итак, мы пришли к выводу, что состояние цитоплазмы со всеми ее включениями определяет продолжительность основных периодов жизни организма: развитие, старение, вымирание. Однако не менее важную роль играет состояние цитоплазмы и в процессе мутаций.

Как известно, хромосомные мутации происходят при их перестройке. Однако чем может быть вызвана перестройка хромосомы? Мы уже упомянули, что изменения в клетке могут произойти под влиянием внешних факторов (в частности под воздействием радиации). Но если говорить о подверженности мутациям клетки вообще, то нужно отметить, что в процессе эволюции она приобрела свойства, обеспечивающие относительную ее защиту от них. Это произошло все на той же основе естественного отбора. Клетки, предрасположенные к частым мутациям быстро выродились, уступив место более устойчивым к изменениям условий внешней среды клеткам. И мы уже отмечали, что защита клетки от влияний внешней среды обеспечивается организационной структурой клетки, определяющей внутренний микроклимат. Обязанности по созданию внутреннего микроклимата клетки возложены в первую очередь на цитоплазму и ее органоиды.

Современная наука, мутации разделяет на четыре вида: делеция, (происходит потеря одного из внутренних участков хромосомы), дупликация (заключается в удвоении какого-либо участка хромосомы), инверсия (разрыв и поворот на 180° одного из участков хромосомы) и транслокация (обмен участками двух или нескольких хромосом, а так же перенос участка хромосомы в другое место той же хромосомы). Все перечисленные виды хромосомных перестроек возможны только в том случае, если под влиянием каких-то факторов в хромосомах происходят разрывы. Эти разрывы могут быть вызваны либо непосредственным воздействием каких-то внешних (не внутриклеточных) факторов на хромосому (к примеру, воздействием быстрых нейтронов или b-излучением), либо воздействием со стороны цитоплазмы и ее органоидов, претерпевших изменения под влиянием окружающей среды. Однако в том и другом случае первопричиной мутаций является внешняя среда.

Таким образом, мы пришли к выводу, что первопричиной всех мутаций клетки являются изменения во внешней среде. Современная наука подразделяет мутации на случайные и направленные. Наши рассуждения позволяют утверждать, что такое разделение условно, так как они имеют одну и ту же природу. При этом к случайным мутациям можно относить те, которые происходят при кратковременном изменении внешних условий, вызванных аномалиями. В то время как направленные мутации связаны с кардинальными изменениями среды, обусловленными закономерными процессами.

Рассмотрев природу мутаций и механизмы их осуществления, мы можем перейти к вопросам, связанным с появлением и развитием многоклеточных организмов.

В принципе появление многоклеточных организмов могло быть вызвано двумя независимыми обстоятельствами. В одном случае это могло произойти на основе симбиоза родственных клеток с последующим объединением их в единый организм. Другой процесс мог быть связан с появлением клеток, которые при делении не теряли связи друг с другом. Последний процесс организации многоклеточного организма наиболее вероятен. Вместе с тем в формировании многоклеточных организмов мог участвовать и симбиоз, но в совокупности с основным процессом. Уже признание этого позволяет ответить на многие вопросы, связанные с объемом закодированной в генах информации и ее использовании при воспроизводстве потомства. Дело в том, что половая клетка не может содержать всей программы построения организма. В ее ДНК заложен только код, который реализуется в процессе формирования организма. Как это происходит?

Женская половая клетка, после внедрения в нее мужской хромосомы, начинает процесс деления. Первая дочерняя клетка остается связанной с материнской (рис.2, поз.2). Эта связь вносит структурное изменение в материнской клетке, которое происходит за счет влияния электрических сил. При этом в клетках может сохраняться качественный состав хромосом и цитоплазмы с ее включениями, но непременно изменяется их пространственная ориентация. При чем, если говорить о молекулах ДНК в хромосомах, то не только они сами меняет свою ориентацию, но и кодоны, их составляющие. В свою очередь пространственная ориентация ДНК и органоидов определяет направленность электрических сил. А потому вторая дочерняя клетка (поз. 3) может иметь только определенную пространственную связь, то есть она может занять определенное положение относительно материнской клетки 1 и первой дочерней 2. По тем же причинам дочерняя клетка 7 от материнской 2 также может занять только определенное положение. То же самое происходит и с другими клетками.

Рис. 2

Таким образом, генетический код ДНК реализуют электрические силы, участвующие во взаимодействии клеток. Учитывая исключительную важность этих сил, рассмотрим их несколько подробнее.

Атомы молекул состоят из ядер и электронов. Молекулярные связи между атомами осуществляются за счет связей электронов. В соответствии с моей концепцией строения материи связи между электронами могут быть вакуумными* и электрическими. Вакуумная связь более прочная и больше свойственна кристаллам. Электрическая связь менее прочная, она доминирует в основном в телах с аморфными свойствами, связывая отдельные атомы или молекулы в единое целое. Однако независимо от того, связаны молекулы или атомы в единое тело или свободны, они непременно воздействуют друг на друга так называемыми электрическими полями их электронов. Суммарное воздействие этих полей имеет определенную ориентацию, свойственную как данному атому, молекуле, так и любому телу. Таким образом, сила взаимодействия зависит от расстояния между молекулами и их взаимной пространственной ориентации. Приняв все это во внимание, можно легко объяснить принцип работы кодонов в ДНК. Любое количественное и комбинационное изменение генов в ДНК хромосом приводит к изменению суммарного вектора электрических сил в клетке.

Электрические силы могут вызывать не только структурные, но и качественные изменения внутри клеток. Так, например, клетка 11 на рис. 2 может по своей структуре отличаться от родительских клеток. И при делении будет передавать изменения своим дочерним клеткам. Это объясняет наличие в сложном многоклеточном организме различий в строении клеток, выполняющих разные функции. Так в организме животного имеются половые, соматические, костные, мышечные, нервные и другие виды клеток.

Рассматривая ранее природу мутаций, мы упомянули, что они, так или иначе, связаны с изменениями в окружающей среде. В общем случае эти изменения непосредственно связаны с климатическими условиями, пищевым рационом, аномальными явлениями и "стрессовыми" ситуациями. Все перечисленное воздействует на организм, вызывая изменения внутреннего его климата, что способствует мутациям. То есть существует как бы обратная связь организма с его генетическим кодом, когда изменения в ДНК происходят в результате изменений в организме, под влиянием внешней среды. Механизм влияния внешней среды на ДНК можно проследить на следующем примере.

Предположим, что на рисунке 2 изображена клеточная структура некоторого организма. При активном воздействии внешнего раздражителя, клетки могут претерпеть некоторые изменения. Например, они могут сильно деформироваться, сдвинуться, охладиться или перегреться. Предположим также, что клетка 1 в этот период делится, создавая половую клетку. Очевидно, что этот процесс будет протекать в измененном микроклимате, что в свою очередь может вызвать изменения в формирующейся половой клетке. И эти изменения, в последствии, могут быть закреплены в потомстве.

Многообразие видов живых организмов связано с потенциальной практически неограниченной возможностью изменений в ДНК. Первые живые организмы в связи с этим подвергались мутациям очень часто. Однако в ходе эволюции организмы приобретали защиту от них. Как уже, говорилось, это происходило путем естественного отбора. Организмы, более устойчивые к изменениям в их ДНК, значительно дольше сохраняли свой вид. Именно этот фактор привел к появлению диплоидных организмов, которые обеспечивали корректировку случайных мутаций при спаривании и тем самым обеспечивали относительно высокую сохранность генетического кода у потомства. При этом диплоидные организмы одного пола получили возможность осуществления предварительного отбора по внешним признакам другого пола. Выбор партнера происходит как по внешнему облику, который отражает особенности генетического кода, так и по физическим характеристикам, обеспечивающим здоровое и сильное потомство. Так мужчина, когда видит красивую женщину, испытывает половое влечение, вызванное в первую очередь совершенством ее генетического кода, выраженным во внешнем облике. У большинства видов животных происходит конкурентная борьба самцов за право спариваться с самкой, что способствует выявлению более сильного и здорового производителя потомства.

Внешняя среда обитания организма, характеризуется не только климатическими и пищевыми условиями, но и агрессивностью других организмов, живущих в этой среде. Именно сосуществование организмов приводит к стрессовым ситуациям, которые, как и климатические условия, способствуют естественному отбору. В этом случае, так же как и в других, природа использовала все возможные пути, которые можно обозначить ставкой на гигантизм, развитием органов защиты, ставкой на скорость передвижения и интеллект.

В связи с тем, что все изменения в организме происходят под влиянием среды обитания, то очевидно и все основные этапы эволюционного процесса происходили по мере изменений в этой среде. Принцип естественного отбора основан на методе проб и ошибок. При этом ошибки устраняются кардинально. Остаются только те изменения, которые способствуют выживанию организма. Целенаправленность же эволюции (как, в частности, и любых мутаций) можно проиллюстрировать на следующем примере.

Пусть имеется лабиринт (рис. 3), внутри которого находится некоторое тело А. В какой-то момент времени оно получило некоторое количество движения. Предположим, что стенки лабиринта и тело обладают абсолютно упругими свойствами. Очевидно, что тело внутри лабиринта будет двигаться хаотически. Однако рано или поздно оно покинет лабиринт, "нащупав" единственно правильный путь, показанный на рисунке пунктирной линией.

Аналогия с целенаправленностью эволюции (или мутаций) заключается в том, что в примере методом проб и ошибок (каждое столкновение со стенкой – это ошибка, каждая смена направления – проба). Тело находит решение по выходу из лабиринта, точно так же, как случайные мутации приводят к полезному, порой единственно возможному при сложившихся внешних условиях, свойству организма. Внешне же это выглядит как осознанное решение поставленной задачи.

Рис. 3

В процессе эволюции живых организмов использовались все виды взаимодействия составляющих материи, всех ее форм. Это очень важное замечание, а потому рассмотрим его более внимательно.

Сначала перечислим все известные виды взаимодействия составляющих материи. Все они определяются силами, которые, в соответствии с новой концепцией строения материи, непосредственно связаны с волновыми свойствами частиц (сферонов, электронов, протонов, фотонов и т. д.), а также свойствами вещественной материи и эфира в целом.

Самой первой и элементарной силой является сила гравитации. Она является следствием потока вещественной материи к общему центру волновых частиц и свойственна любому телу, начиная с самой элементарной волновой частицы (a-сферона). Эта сила нашла применение в ориентации роста растений, в строении, определяющем прочностные характеристики, как растений, так и многоклеточных животных, а также при формировании опорно-двигательных органов.

Затем идут электрические, магнитные и электромагнитные силы, которые часто сопутствуют друг другу, а потому могут оказывать комплексное воздействие на формирование, рост, жизнедеятельность и эволюцию живых организмов.

Электрические силы определяют различные виды связей: протонов с электронами, атомов с другими атомами или молекулами. Это электрические силы удерживают компоненты плазмы клетки в связанном состоянии, это они определяют пространственную ориентацию нуклеотидов в ДНК, а также ориентацию ДНК разных клеток по отношению друг к другу. Это под действием электрических сил происходят сокращения мышечных волокон у животных, а также растительных волокон у ряда растений.

Относительная связь и ориентация атомов, молекул и их составляющих осуществляется и под воздействием магнитных сил.

Электромагнитные силы проявляются в виде энергии фотонов, под воздействием которых происходит фотосинтез органических соединений у растений. Это благодаря ним в процессе эволюции сформировались органы зрения у многоклеточных организмов. Электромагнитные свойства атомов и молекул стали основой для формирования нервной системы в целом.

Электрические силы дополняются силами вакуумных связей протонов с протонами (ядерные силы), электронов с электронами и позитронов с позитронами (силы, обеспечивающие связь некоторых химических соединений и атомов в кристаллах), электронов с протонами и т. д. (см. "Новая теория строения материи"). Именно силы вакуумных связей обеспечивают прочность молекул ДНК.

Уместно заметить, что вакуумные связи обеспечивают прочность только от разрыва молекулы, то есть, ограничивают одну степень свободы атомов и молекул, составляющих ДНК, но при этом сохраняются две другие. Отсюда вытекает, что цепная структура и спиральная форма ДНК возникли не сразу, а в процессе длительной эволюции нуклеотидов. Учитывая ранее сделанные выводы, о роли пространственной ориентации составляющих ДНК, можно прийти к заключению, что цепная структура и спиральная форма самой ДНК закономерны. При другой структуре невозможно было бы все то многообразие живых организмов, которое существовало и существует в настоящее время.

Не менее важную роль играют механические силы. Природа всех механических сил связана с движением материи. По сути, и все перечисленные выше силы также вызваны движением (движением вещественной материи, сферонов, эфира в целом, волновыми колебаниями сферонов). А потому отличие механических сил весьма относительное и заключается только в том, что за механические силы приняты воздействия более крупных движущихся тел друг на друга, начиная с атомов. К механическим силам относятся силы давления газов и жидкостей, силы ударов и трения. В ходе эволюции они оказали влияние, так же как и силы гравитации, на строение того или иного организма, а так же на выбор способов их передвижения и защиты.

В процессе естественного отбора каждый мутант, который в результате мутации приобретал положительные качества, открывал виртуальную эволюционную нишу, которая впоследствии заполнялась его прямыми потомками. На рисунке 4 приведена упрощенная схема, иллюстрирующая относительную последовательность появления всего многообразия живых организмов на Земле. Схема составлена в соответствии с принятыми таксономическими категориями в систематике животных и растений, начиная с первых неклеточных организмов (ниша в строке 1). В строке 2 представлены две ниши, соответствующие царству животных и царству растений. Строка 3 представляет множество ниш типов животных и отделов растений. Далее следуют классы животных и растений (строка 4), отряды животных и порядки растений (строка 5), семейства (строка 6), рода (строка 7), виды (строка 8) и популяции (строка 9).

Таксономические категории позволяют систематизировать все многообразие живых организмов по определенным признакам, однако в общем случае они не отражают родственных связей. Все дело в том, что, как мы говорили в предыдущей главе, зарождение жизни на Земле было не случайным явлением. А потому первые живые организмы появились в разных местах и независимо друг от друга. В связи с этим, обозначенные на схеме (рис.4) первые неклеточные представляют собой независимые друг от друга по происхождению виды элементарных живых организмов. Следует предположить, в частности, что царства животных и растений образовались от разных видов первых неклеточных организмов. Да и само царство животных, как, вероятно, и растений, также образовались из нескольких видов неклеточных. В частности разных предков из числа неклеточных, вероятно, имели хордовые и членистоногие.

В качестве примера на схеме обозначен эволюционный путь человека (ЧЕЛОВЕК). Самым первым его предком был какой-то представитель из числа первых неклеточных организмов. Наши элементарные предки какое-то время находились в числе первых разновидностей дробянок, ставших основой зарождения всего царства животных.

3 – типы, отделы, 4 – классы, 5 – отряды, порядки, 6 – семейства, 7 – рода, 8 – виды, 9 – популяции.

Рис. 4

Появление хордовых (Х) могло быть вызвано последовательной мутацией, как единственного представителя дробянок, так и мутациями разных их видов. Среди первых хордовых организмов были и предки человека.

Далее в результате эволюционного развития каких-то видов хордовых появились первые представители класса млекопитающих М (заметим, что они так же, как и в предыдущих случаях, могли иметь разных предков из числа хордовых). Один из видов первых млекопитающих представлял предков человека, от которых появились сначала приматы (П), человекообразные обезьяны (Ч) и человек разумный (Р).

Нетрудно заметить, что отыскать прямого предка человека из числа даже первых хордовых (тем более, что среди живых их может уже и не быть) очень и очень сложно. Несомненно, только то, что первыми представителями животных, в том числе и человека, были разные виды первых дробянок.

Некоторые систематики выделяют дробянки в самостоятельное царство. И это, пожалуй, правильно, так как было бы ошибочно считать, что предками всех животных были дробянки современных видов. В процессе эволюции они действительно образовали свое царство.

В настоящее время существует огромное количество простейших организмов, являющимися потомками первых дробянок. Они разделенны на классы: саркодовые, жгутиковые, споровики, инфузории, книдоспоридии. Однако ни один из организмов перечисленных классов (так же, как и в случае с дробянками) не является прямым предком многоклеточных. Тех первых простейших одноклеточных организмов, которые дали начало всем современным формам жизни, вероятно, уже не существует, – они выродились, уступив место своим мутантам. При этом дальнейшее развитие живых организмов пошло двумя путями: по пути совершенствования одноклеточных и по пути создания сложных многоклеточных организмов. Таким образом, все перечисленные классы современных простейших сами прошли сложный эволюционный путь параллельно с развитием многоклеточных организмов.

Первое разделение, на собственно одноклеточных и многоклеточных, произошло на самом раннем этапе развития одноклеточных типа дробянок. Дробянки являются одноклеточными организмами с формологически не сложившимся ядром и представляют собой множество видов бактерий и сине-зеленые водоросли (последние иногда называют цианобактериями). Разделение произошло до появления у клеток первых органов движения. При этом самыми первыми многоклеточными стали многоклеточные водоросли типа низших растений. Второе разделение произошло, когда у одноклеточных появились органы движения и элементарная нервная система. Появились примитивные беспозвоночные животные типа губок, кишечнополостных, низших червей.

Нервная система развивалась параллельно с развитием самих организмов. Ее функции усложнялись путем естественного отбора из общего числа мутантов. Процесс формирования нервной системы, вероятно, начался с появлением одноклеточных организмов. Уже самые первые одноклеточные должны были реагировать на любой контакт с молекулами и атомами окружающей среды. То есть самым первым чувством живого организма было чувство осязания. Рецепторы осязания представляли собой какие-то участки клеточной мембраны (плазматической мембраны). При этом клетка еще не имела механизма, который позволял бы распознавать их "пищевую" пригодность. Атомы и молекулярные соединения могли беспрепятственно проникать внутрь клетки, и только уже там происходило усвоение необходимых и отторжение ненужных элементов. Даже обладая некоторыми элементарными органоидами по утилизации и выбросу непригодных веществ, такая система питания клетки неизбежно приводила к быстрому "шлакованию". Появление в клеточной мембране рецепторов, определяющих пищевую пригодность веществ, несомненно, давало преимущество. Таким образом, первыми рецепторами, явившимися прообразами нервной системы, были осязательными и вкусовыми. Пока организмы не приобрели способности к самостоятельному передвижению, другие органы чувств были не нужны, – они не могли нести никакой полезной информации. С появлением уже у простейших организмов органов движения должны были появиться рецепторы обоняния и слуха.

Работа рецепторов обоняния и вкуса заключается в распознавании частоты колебаний электронов в атомах и молекулах. Каждый вид молекул и атомов имеет свои собственные, присущие только им частоты колебаний электронов, которые излучают свой, специфический волновой спектр.*

Несомненно, все изменения, связанные с появлением первых признаков нервной системы, были связаны с общими изменениями в строении клетки.

Как уже отмечалось, весь эволюционный процесс жизни на Земле протекал по принципу заполнения виртуальных эволюционных ниш. Само понятие – виртуальная эволюционная ниша (ВЭН) – определяет совокупность естественных условий (включающих в себя свойства материи в том или другом состоянии), при которых возможность мутаций конкретных организмов становится закономерной. Так водная среда

определяет закономерность в появлении мутантов, способных сохранять плавучесть, извлекать растворенный кислород, использовать для

* Но рецепторы улавливают только непосредственные колебания электронов.

передвижения реактивную силу, а для защиты электрический потенциал и т.д. В то же время воздушная среда (атмосфера) определяет закономерность появления живых организмов, способных использовать аэродинамические силы.

Первые представители неклеточных были инертны по отношению друг к другу. Вероятно, в основном это были хлорофилосодержащие организмы. Обладая фотосинтезом и имея достаточную "кормовую" базу из растворенных в мировом океане минералов, они быстро размножались, образуя плотный поверхностный слой в мировом океане. Вместе с этим наступали периоды минерального и светового голодания, что способствовало массовой их гибели. Таким образом, регулирование численности первых неклеточных организмов осуществлялось за счет ограниченности доступа к свету и местного понижения минералов. Все это приводило к динамическому равновесию, когда наращивание массы живых организмов чередовалось с их спадом. Подтверждением этому является неравномерность донных органических отложений разных периодов.

Отмирающие первые неклеточные организмы, разлагаясь, образовывали накопление органических соединений, которые могли

усваиваться организмами минуя процесс фотосинтеза. Эти условия образовали ВЭН для первых дробянок, которые могли усваивать готовые органические соединения. Сами неклеточные образовали другие ВЭН для дробянок, способных разрушать живые организмы и использовать их в пищу. В свою очередь, дробянки, питающиеся неклеточными образовали ВЭН для дробянок паразитов и хищников. При таком многообразии элементарных живых организмов образовались ВЭН для дробянок, размножающихся бесполым, половым и вегетативным путем. А это в свою очередь привело к образованию ВЭН для типа простейших организмов (саркодовых, споровиков, жгутиковых, инфузорий, книдоспоридий). Интересно заметить, что первые простейшие образовали ВЭН для современных вирусов, которые, несомненно, произошли от первых неклеточных.

Способность клеток к делению, при котором дочерняя клетка не покидает материнскую, образовала виртуальную эволюционную нишу для многоклеточных с множеством последующих ВЭН.

В процессе тектонических подвижек земной коры, освобождались от воды новые участки суши. Ее поверхность содержала органические отложения, что послужило образованию ВЭН для материковых микроорганизмов и растений, а в последующем и для сухопутных животных. Постепенно были открыты ниши всех типов живых организмов (кишечнополостных, членистоногих, хордовых и т. д.), освоивших все среды обитания на Земле.

Современные виды живых организмов, появившиеся в результате длительной эволюции, в большинстве своем сохранили "генетическую память" о строении своих предков. С особой наглядностью это проявляется у животных организмов в процессе формирования зародыша во взрослый организм. Этот факт свидетельствует о том, что мутации, как правило, не затрагивают прежний генетический код, а дополняют его. То есть ДНК, как правило, не перестраивается, а надстраивается. Это одна из основных причин, по которой эволюция не может повернуть вспять.

В последовательный, постепенный эволюционный процесс живых организмов, казалось бы, не вписываются организмы, у которых присутствует метаморфоз. Действительно, никакая разовая мутация не может привести к сложной программе кардинальных изменений в организме, в одночасье меняющих строение и среду обитания организма. На самом деле они появились в виртуальной эволюционной нише, образованной фактором времени и изменениями среды обитания. Но все же, как зародился метаморфоз?

Как известно метаморфозы присущи в основном насекомым. Современные их представители проходят следующие основные стадии от зародыша до сложившейся особи: эмбриональное развитие в яйце, рождение и развитие личинки, окукливание, развитие в куколке (перестройка), появление взрослой особи. Учитывая, что многие насекомые стадии эмбрионального и личиночного развития проходят в водной среде, следует предположить, что предки всех насекомых произошли от водных животных. Вероятно, это были низшие черви.

В процессе формирования суши образовывались болотистые участки, отрезанные от рек, озер, морей и океанов. Низшие черви, обитавшие изначально в водной среде, были вынуждены приспосабливаться к жизни в болоте. Так как заболачивание происходило медленно, то у них было достаточно времени, чтобы появились мутанты, приспособленные к жизни в новой среде. Со временем болота стали подвергаться кратковременным сезонным пересыханиям. Бывшие черви становились земноводными. Появились мутанты, у которых образовались конечности для передвижения по суше. При чем если в воде они питались микроорганизмами, недостатка в которых не ощущалось, то в высыхающем болоте добывать их было значительно труднее. Сезонная продолжительность высохшего состояния болот увеличивалась, и водные микроорганизмы в этот период исчезали. В связи с этим должны были появиться мутанты, способные употреблять в этот период растительную пищу. Вместе с тем на суше у формирующихся насекомых появились враги, которые обнаружили в них свой пищевой рацион. Спасением от них могли быть быстрые маневры, в частности прыжки. Возможно, что именно этот фактор мог способствовать появлению мутантов с планирующими органами, позволяющими совершать более далекие прыжки. Можно предположить, что такие планирующие органы, предшествующие крыльям, могли развиться из жаберных органов. В процессе естественного отбора они превратились в крылья. Появление планирующих органов могло быть вызвано и необходимостью по преодолению участков суши по мере высыхания болота.

Весь ход эволюционных преобразований каждая особь повторяла в течение одного сезона, строго следуя изменениям среды обитания. Пока болото не пересыхало, она пребывала в виде червя, с началом пересыхания у нее начинали формироваться конечности, к концу высыхания формировались крылья, особь становилась зрелой и, после спаривания откладывала яйца в возродившееся болото. Такой цикл развития полностью зависел от равномерности сезонных изменений. Однако засушливые периоды увеличивались, а вместе с этим сокращалось время обитания червей в водной среде. К моменту высыхания болота у них уже не успевали развиться органы передвижения. За счет естественного отбора появились особи, способные накапливать жировые отложения, которые позволяли находиться в пассивном состоянии в ожидании развития органов передвижения. Однако пассивное состояние на открытом воздухе способствовало быстрому обезвоживанию червей. В этот период появились мутанты способные выделять жидкость в виде слизи. Находясь в пассивном состоянии на открытом воздухе, червеобразное животное выделяло слизь, которая, высыхая, образовывала кокон. В это же время или несколько позднее появились мутанты способные выделять жидкость, которая, высыхая, превращалась в паутину или шелк. Процесс окукливания таких червеобразных происходил под влиянием естественных причин. Находясь на открытом воздухе на еще влажной земле, червеобразное животное под лучами солнца сверху начинало подсыхать. Животное переворачивалось, подставляя смоченный участок тела. При одновременном выделении паутины или шелка оно обматывалось ими, формируя тем самым кокон. Так появились куколки, внутри которых происходило развитие взрослых особей. А так как эволюция не идет вспять, то последовательность развития личинки насекомого в коконе сохранилась, хотя и в несколько измененном виде.

Ранее мы уже говорили, что эволюция животных происходила четырьмя основными путями: наращивание массы (гигантизм), развитие защитных органов (зубов, клыков, когтей, ядовитых желез и т. д.), развитие скоростных качеств и развитие интеллекта.

За интеллект в широком (нетрадиционном) толковании примем способность организма к адекватным реакциям на любые внешние и внутренние раздражители. В этом случае носителем интеллекта следует признать нервную систему организма в целом. Интересно проследить основные этапы развития интеллекта живых организмов на Земле.

Во-первых, следует отметить, что работа нервной системы, в том числе и центральной, основана на волновых свойствах материи. То есть в ней используются электрические, магнитные и электромагнитные виды взаимодействия электронов, атомов и молекул, ее составляющих. В связи с этим и информация передается сигналами электромагнитных волн и электрических импульсов.

Первым признаком зарождения нервной системы, как мы уже отмечали, было появление у живого организма чувства осязания. Оно связано с восприятием механического воздействия на клетку живого организма.

По своей природе чувство осязания является самым элементарным, так как механическое воздействие способно воспринимать любое тело (в том числе и неживое), реагируя на него внутренними изменениями, связанными с получением дополнительной энергии. Увеличение энергии тела, молекулы или отдельного атома связано с увеличением энергии электронов, которые и передают импульс в центральную нервную систему.

Здесь может возникнуть вопрос, где обрабатывалась информация у одноклеточного животного – ведь у него нет центральной нервной системы. По моему мнению, то, что у одноклеточного нет центральной нервной системы – это заблуждение. Роль центральной нервной системы у одноклеточных организмов могли выполнять несколько молекул, которые на импульс, вызванный механическим воздействием, в свою очередь посылали электрический импульс, который вызывал сокращение того или иного участка мембраны. В результате происходил захват относительно мелкого тела или отталкивание от большого. Конечно же, несколько молекул выполняющих такую функцию нервной системой можно назвать с некоторой условностью, но, тем не менее, это все же система.

Вторым чувством живого организма было, чувство вкуса, распознающим пригодность пищи. Механизм распознавания вкуса практически одинаков с механизмом распознавания запаха. Принципиальная схема такого механизма приведена на рисунке 5.

Любые атомы или молекулы, так или иначе, воздействуют друг на друга. То есть, если к какой-то молекуле приближается какой-то атом, то, как в молекуле, так и в атоме происходят изменения, связанные с положением электронов в них. Это происходит под воздействием электрических и электромагнитных сил. В свою очередь, любое изменение в положении электронов в атоме или молекуле приводит к изменению их энергетического состояния, а вместе с тем и химической активности. Эти изменения воспринимаются дендритами нейронов (см. рис. 5 и 6) и в виде определенных сигналов попадают в тела самих нейронов. Там сигналы интегрируются и преобразуются в электрические импульсы определенной частоты, которые передаются через аксоны в определенную область центральной нервной системы (головной мозг), где и происходит распознавание запаха или вкуса, например, запаха метана или вкуса молока (м).

Рис. 5

По аналогичной схеме работают органы зрения. В отличие от органов обоняния и вкуса в органах зрения рецепторные клетки сетчатки возбуждаются фотонами разных энергий.

Органы слуха, которые, вероятно, начали формироваться практически одновременно с органами вкуса, воспринимают механическое воздействие звуковых волн, которые так же преобразуются в электрические сигналы.

Перечисленные органы выделяются из общей нервной системы как сенсорная система, призванная осуществлять сбор и предварительную обработку информации, поступающей от внешних раздражителей. Окончательная обработка (распознавание объектов и звуковых сигналов, распознавание вкуса и запаха, закрепление информации в памяти, определение ассоциативной связи между разными видами информации, разработка программ, определяющих реакцию организма на те или иные раздражители или ситуацию в целом, управление работой внутренних органов и т. д.) происходит в центральной нервной системе, к которой относятся головной и спинной мозг. Вот почему вопросы, связанные с процессами развития и работы центральной нервной системы, представляют наибольший интерес.

Функционирование центральной нервной системы связано в первую очередь с работой нервных клеток – нейронов. Схема нейрона приведена на рисунке 6.

Рис. 6 Схема нейрона

Функции внешних составляющих нейрона мы показали на примере работы органов осязания и вкуса. Остается только добавить, что в процессе передачи нервных импульсов участвуют синапсы. Синапсы образуются обычно разветвлениями аксона одной нервной клетки и телом, дендритами или аксонами другой. Между клетками остается, так называемая синаптическая щель, которая с помощью медиаторов передает электрические импульсы на рабочие органы и с одного нейрона на другой. Медиаторы – это химические вещества, молекулы которых способны реагировать со специфическими рецепторами клеточной мембраны и изменять ее электрическую проницаемость. По существу медиаторы являются усилителями и распознавателями сигналов, пропуская только те из них, на которые они настроены. Их "настройка" предопределена химическим составом. В центральной нервной системе роль медиаторов осуществляют ацетилхолин, норадреналин, дофамин, глицин серотонин, гаммааминомасляная и глутаминовая кислоты.

Функции основных органов нейрона (дендритов, аксона и эффекторных нервных окончаний) определяют только внешние проявления работы нейрона в целом. Глубинные процессы, протекающие в теле нейрона несоизмеримо сложнее. По сути, тело нейрона является природным микропроцессором, созданным природой в процессе эволюции. При этом в нервных системах позвоночных существует множество их видов, и каждый вид направлен на осуществление определенных (конкретных) операций. Некоторые виды нейронов способны отождествлять всю центральную нервную систему. В частности, у кишечнополостных центральная нервная система состоит всего из одного или нескольких нейронов.

На первый взгляд процесс формирования нейрона в ходе эволюции непостижим. Вместе с тем нейрон сформировался из обычной клетки. Как это произошло?

Ранее мы отмечали, что многоклеточный организм появился в результате того, что дочерние клетки при делении полностью не утрачивали связь с материнской. Однако и в этом случае дочерние клетки при делении подвергались мутациям и в ходе естественного отбора приобретали (или, точнее, закрепляли) полезные изменения. Во-первых, получили дальнейшее развитие элементарные системы осязания и вкуса, появившиеся еще у одноклеточных. Затем стали формироваться и другие чувствительные органы. Это происходило за счет увеличения количества нуклеотидных звеньев в цепи ДНК. Вместе с их количественным увеличением изменялись и качественные характеристики. Большее количество нуклеотидов, составляющих гены, имели больше вариантов пространственного расположения. В связи с этим клетка могла использовать в своем строительстве больше разных молекул и атомов, преобразуя их в дополнительные органы, совершенствуя имеющиеся органоиды и создавая новые. К тому же в многоклеточном организме клетки уже не могли быть одинаковыми, так как сказывалось влияние их друг на друга (см. комментарии к рисунку 2).

Как было уже отмечено, формирование нервной системы началось уже у одноклеточных организмов. Но происходило это на молекулярном уровне. Вначале сигнал от раздражителя вызывал непосредственную реакцию организма. То есть нервная система начала формироваться с инстинктов.

Самым древним и главным инстинктом следует признать инстинкт к самовоспроизводству. Он возник естественным путем в ходе естественного отбора и был связан со строением ДНК. Мутанты, имеющие ДНК, не способные к воспроизводству своих копий, вымирали, не оставляя потомства. У многоклеточных животных этот инстинкт получил дальнейшее развитие. У них появились специальные органы, побуждающие к действиям, необходимым для оставления потомства. У высших представителей животного мира в нервную систему был заложен стимулятор, который не только побуждает к спариванию, для продолжения рода, но и вызывает удовлетворенность.

Вторым по значимости инстинктом нужно признать инстинкт самосохранения. Он появился вслед за инстинктом самовоспроизводства после появления первых органов чувств и мог присутствовать уже у одноклеточных.

Инстинкты самосохранения и самовоспроизводства являются главными, основными. Все прочие инстинкты появились в результате их развития. Такие инстинкты как пищевой, оборонительный, материнский (инстинкт сохранения потомства), строительный современная наука выделяет в отдельные независимые инстинкты. Однако они производны от главных, то есть произошли в результате их совершенствования.

Пищевой инстинкт неотъемлемая часть инстинктов самовоспроизводства и самосохранения, так как без него последние сами по себе недостаточны для сохранения вида. Оборонительный является частью инстинкта самосохранения.

Материнский инстинкт, казалось бы, можно выделить в независимый. Но это не так, он является частью инстинкта самовоспроизводства, ибо самовоспроизводство включает в себя доведение потомства до такой стадии развития, которая обеспечивала бы независимое его существование. Если подавить инстинкт по сохранению потомства у млекопитающих, то они большей частью исчезнут.

Вряд ли у кого вызовет сомнение тот факт, что и строительный инстинкт непосредственно связан с инстинктами самосохранения и сохранения своего потомства, то есть он также является частью главных инстинктов.

Как уже было отмечено, развитие главных инстинктов обеспечивалось естественным отбором. Любой мутант, не обладающий ими, не имел никаких шансов стать представителем нового вида, – он погибал, не давая потомства. Вместе с тем, полезные мутации, совершенствующие инстинкты самосохранения и самовоспроизводства, давали дополнительные преимущества по сохранению и распространению нового вида организмов.

Изначально сигналы от органов чувств (сенсорной системы) поступали непосредственно к исполнительным органам. То есть, органы чувств были непосредственно связаны с органами движения. Внешнее проявление такой связи можно наблюдать и сейчас у абсолютного большинства животных (в том числе и у человека), хотя существующая связь уже не является прямой. Так если взмахнуть рукой недалеко от сидящей мухи, то она мгновенно взлетит. При этом муха не осознает опасности, просто в поле ее зрения появился большой быстро движущийся объект, и эта информация, преобразовавшись в сигнал, непосредственно приводит в действие органы движения. Или другой пример.

Человек в одиночестве гуляет в лесу, и вдруг кто-то трогает его за плечо. Реакция здорового человека будет однозначной: он вздрогнет и обернется. Здесь так же, как и у мухи, инстинкт непосредственно привел в действие органы движения. Однако здесь можно увидеть существенное отличие в характере действия. Человек сразу не убегает, хотя вздрагивание – это остаточная реакция от прыжка и бегства. Эволюция нервной системы человека преобразовала само действие, давая возможность включить в работу разум.

В связи с непосредственным (прямым) воздействием нервных импульсов на двигательные органы, функции первых нервных клеток (нейронов) заключались только в преобразовании импульсов от внешних раздражителей в электрические импульсы и доведения их до соответствующих исполнительных органов. Но в природе существовала виртуальная эволюционная ниша, в которой могли находиться организмы с более совершенными инстинктами.

Возвращаясь к примеру с мухой, обратим внимание на то обстоятельство, что она взлетает не всегда, а только при виде быстро движущегося большого тела. Если же рядом с мухой сядет шмель, овод, оса, пчела или другая муха, то на это она может никак не отреагировать. Это означает, что движение вовсе не любого тела приводит в действие ее инстинкт самосохранения. С чем это связано? Очевидно, только с тем, что информация в общем случае уже не поступает прямо к исполнительным органам мухи, - она анализируется. Но анализ происходит также на инстинктивном уровне, - сама муха не осознает степени опасности.

Уместно задаться вопросом: где и как обрабатывается информация на инстинктивном уровне?

Если говорить о простейших животных, то информация от периферийной нервной системы обрабатывается в центральной нервной системе, которая может состоять из одного или нескольких нейронов. А у высших представителей животных количество нейронов достигает миллионов и миллиардов (у человека насчитывается более 10¹⁰ нейронов).

Система, определяющая инстинкты, работает на резонансной основе. При чем резонансные факторы могут быть разными. Рассмотрим это подробнее.

Сигналы от рецепторов через дендриты попадают в тело нейрона. Эти сигналы могут быть в виде электромагнитных колебаний или слабых электрических импульсов определенной частоты. В теле нейрона имеются участки, молекулы и атомы которых имеют определенную частоту, как собственных колебаний, так и колебаний волн электронов. Назовем такие участки интеграторами. В процессе эволюции происходил выбор таких интеграторов, которые имели резонансные частоты собственных колебаний с определенными частотами электромагнитных волн и электрических импульсов, поступающих от рецепторов.

Рис. 7

На рисунке 7 приведена принципиальная схема работы нейрона с учетом работы интеграторов.

Предположим, что дендриты 1 ¸ 6 связаны с соответствующими рецепторами зрительного органа. Движение объекта определяется перемещением его изображения на сетчатке глаза (у большинства насекомых перемещением по аммодиям – отдельным глазкам). При этом включаются в работу все новые и новые рецепторы. Так, если, попав в поле зрения, объект фиксировался рецепторами 1 и 2, то по мере его перемещения, он последовательно фиксируется рецепторами 2,3 – 3,4 – 4,5 – 5,6. Скорость, с которой включаются в работу новые рецепторы, определяет частоту импульсов, поступающих в интегратор 1И₁. Размер объекта определяется количеством одновременных импульсов от рецепторов, которые поступают в интегратор 1И₂ (в данном случае их количество равно двум). Интегратор 2И₁, который интегрирует сигналы от интеграторов 1И₁и 1И₂, и есть носитель инстинкта. Он настроен на определенную комбинацию импульсов от интеграторов 1И₁и 1И₂.

Обратимся, опять же к примеру с мухой. Условимся, что если в поле ее фасеточного зрения попало движущееся тело, которое воспринимается одновременно двумя аммодиями, то тело является маленьким, если четырьмя – большим. В этом случае, очевидно, что интегратор 2И₁ (инстинкт) настроен на сигнал от интегратора 1И₁, интегрирующего сигналы от четырех и более дендритов. И если не будет четкой информации от интегратора 1И₂, то инстинкт уже сработает. Но если от интегратора 1И₂ (определяющего скорость) будет получен сигнал, соответствующий малой скорости тела, то инстинкт будет заблокирован. В общем случае интегратор 2И₁ отправит сигнал по аксону на исполнение к двигательным органам только тогда, когда будет резонанс с сигналами от интеграторов 1И₁и 1И₂.

Заметим, что один и тот же аксон может транспортировать разные сигналы, отличающиеся частотой импульсов. Принадлежность же сигналов тому или другому исполнительному органу в этом случае определяется медиаторами.

Неизменность настройки любого интегратора является фактором, определяющим память инстинкта.

Первые нейроны, вероятно, имели только первичные интеграторы типа 1И. В этом случае импульсы от рецепторов имели практически прямое воздействие на исполнительные органы. Интеграторы типа 2И – интеграторы второго уровня. В дальнейшем появились интеграторы третьего, четвертого и более высокого уровня. Совершенство того или другого инстинкта в системе инстинктов определяется последним уровнем интеграторов.

Чем больше уровней интеграции, тем более сложный анализ сигналов может быть произведен. На рисунке 8 приведена простейшая принципиальная схема системы инстинкта с интегратором пятого уровня. (Следует обратить внимание, что схема состоит из нескольких нейронов). Каждый промежуточный интегратор дает дополнительную информацию для последнего интегратора. Главная информация интегрируется в первом изначальном интеграторе. Путь главной информации, от которой может сработать инстинкт, на схеме показан жирной линией. При отсутствии информации от других интеграторов сработает самый древний инстинкт. В примере с гуляющим по лесу человеком вздрагивание – это проявление самого древнего инстинкта, когда любое прикосновение другого существа приводило к отскоку. Дополнительная информация от других интеграторов при необходимости может заблокировать древний инстинкт. Блокирование может произойти последовательно во 2, 3, 4 и 5 интеграторах. При этом, чем на более высоком уровне произойдет последнее блокирование, тем более усовершенствованный инстинкт сработает. Необходимость блокирования в системе инстинктов заложена в памяти интеграторов. Получив сигнал, который не соответствует древнему инстинкту, но соответствует более совершенному, хранящемуся в памяти, интегратор блокирует более древний инстинкт и запускает свою программу.

Рис. 8

Система нейронов с изначально настроенными интеграторами представляет собой систему, содержащую программы инстинктов. Совокупность интеграторов в этой системе образуют систему памяти программ инстинктов (СППИ).

Важно заметить, что в системе инстинктов каждый интегратор хранит в памяти определенную ситуацию, а вместе с тем в той или иной степени отражает реальную действительность части окружающего мира. В связи с этим сложная система инстинктов у высших животных способна воспринимать и анализировать большой объем информации. В самой системе инстинктов вся информация направлена только на рациональную реализацию главных инстинктов. Но система инстинктов, какова бы совершенной она ни была, способна реагировать только на стандартные (заданные) ситуации, на которые настроены интеграторы ее нейронов. Любое отклонение от стандарта воспринимается системой как незнакомая ситуация. В этом случае реакция организма может быть неадекватной. Вместе с тем сложились условия для заполнения виртуальной эволюционной ниши организмами, способными анализировать ситуации на более высоком уровне. Для этого нужна была независимая система, способная устанавливать причинно-следственную связь между различными ситуациями. Назовем ее операционной системой (ОС). Принцип работы такой системы заключается в способности наложения ситуаций друг на друга. Для того, чтобы уяснить это, обратимся к примеру.

Из числа множества ситуаций возьмем четыре:

- ситуация 1: камень попадает в какое-то животное и убивает или наносит ему ранение;

- ситуация 2:убегающее животное, преследуемое охотником;

- ситуация 3: человек берет и бросает камень;

- ситуация 4: человек имеет добычу.

Если эти ситуации наложить друг на друга, то можно получить следующую картину.

Первобытный охотник преследует животное, берет камень и бросает в него. Камень попадает в животное, и оно падает. Охотник получает свою добычу.

Здесь каждая ситуация в отдельности является стандартной, то есть имеет отражение в системе инстинктов первобытного человека. Но система инстинктов сама в общем случае не делает наложения одних ситуаций на другие. В нашем примере в инстинкте заложена ситуация, связанная с преследованием животного. Решение взять камень и бросить его в убегающее животное приняла операционная система (ОС). Что же она собой представляет и как работает?

В системе инстинктов интеграторы нейронов возбуждаются только под воздействием внешних раздражителей. Если голодный хищник видит животное, то возбуждаются только интеграторы, настроенные на преследование. Камня в этой ситуации нет, и интеграторы, которые возбуждаются от различных ситуаций с камнем остаются невозбужденными. А потому хищник не видит возможной связи между камнем и преследуемой жертвой и никогда не использует его. Отсюда следует, что для того, чтобы произошло наложение текущей ситуации с ситуациями, которых в данный момент в действительности нет, интеграторы последних должны возбудиться каким-то внутренним импульсом центральной нервной системы. То есть должны быть какие-то сканирующие органы возбуждения и считывания. При этом наложение ситуаций (сканируемых импульсов от возбужденных интеграторов) должно происходить также в интеграторах. Но эти интеграторы должны быть другого типа (назовем их логическими интеграторами). Изначально они не настроены ни на какие сигналы. Они настраиваются на жизненном опыте. Настраиваясь на определенную ситуацию, они могут сохранять эту настройку длительное время. Однако настройка происходит не сразу. Эволюция предусмотрела исключение случайных настроек. В противном случае, сколько бы ни было интеграторов в нейронах центральной нервной системы, они быстро были бы заполнены ненужной (случайной) информацией. Для того, чтобы логический интегратор настроился на ту или другую ситуацию, она должна повториться несколько раз. Настроенный логический интегратор является носителем памяти ситуации, полученной от наложения друг на друга других ситуаций, как от логических интеграторов низшего уровня, так и от интеграторов системы инстинктов.

Система из логических интеграторов является носителем приобретенной памяти (или просто системой приобретенной памяти - СПП).

Однако сканирование всех интеграторов должно было бы занимать много времени. В центральной нервной системе человека находятся миллиарды нейронов. А если учесть, что каждый нейрон может иметь тысячи интеграторов, то их общее количество исчисляется триллионами. И хотя сканируются не все интеграторы, а в основном последний их уровень, то, очевидно, что время их сканирования будет исчисляться не долями секунды и даже не секундами, а часами и сутками. Чтобы убедиться в этом, достаточно обратиться к схеме, приведенной на рисунке 9.

Рис.9

На рисунке видно, что от трех интеграторов системы инстинктов возможно четыре комбинации наложений в логических интеграторах первого уровня. От четырех интеграторов возможно 17 комбинаций. А вот если бы мы взяли все возможные комбинации наложений от 17 интеграторов в интеграторах третьего уровня, то получили бы их уже 126192.

Напрашивается вывод, что сканирование производится выборочно. Вероятно, что функции по выборочному сканированию возложены на нейроны коры головного мозга. Но тогда, в этом случае, они должны представлять собой третий тип интеграторов. По сути, это интеграторы самого высокого уровня. Они должны настраиваться при первом же наложении, но настройка сохраняется недолго. Эти интеграторы являются носителями кратковременной (оперативной) памяти. Назовем их операционными интеграторами. Память о ситуации сохраняется в них только до тех пор, пока они возбуждены. После того, как возбуждение проходит, операционный интегратор может быть настроен на другую ситуацию. В совокупности операционные интеграторы как раз и представляют операционную систему (ОС).

Реальная картина внешнего мира состоит из совокупности частных ситуаций. Память частных ситуаций хранится в логических интеграторах и интеграторах инстинктов. Текущая информация от сенсорной системы возбуждает их, и они направляют свои сигналы в интеграторы операционной системы. Интеграторы операционной системы делают наложение частных ситуаций друг на друга, воссоздавая, таким образом, как отражение общей картины окружающего мира в сознании, так и причинно-следственную связь составляющих этой картины между собой. Совершенно очевидно, что пока работает сенсорная система, то работает и операционная.

Приведенный порядок работы операционной системы возможен только в том случае, если логические интеграторы возбуждаются извне. То есть все ситуации, сигналы о которых поступают в логические, а затем и в операционные интеграторы, в данный момент существуют реально. В этом случае операционная система не занята активной работой. По сути, она просто считывает информацию с логических интеграторов. Импульсы к исполнительным органам посылают сами логические интеграторы в порядке, определенном прежним жизненным опытом. Или, говоря иначе, логические интеграторы реализуют свою программу. При возбуждении извне логические интеграторы могут работать без вмешательства операционной системы в "моторном" режиме. Однако это частный случай. В общем случае работа логических интеграторов координируется интеграторами операционной системы. И осуществляется это за счет ассоциативной связи. Чтобы показать, как это происходит, выясним, что представляет собой ассоциативная связь.

Рис.10

Операционная система состоит из огромного количества нейронов, связанных между собой и нейронами логической системы (системы логических интеграторов). На рисунке 10 приведена принципиальная схема участка операционной системы, показывающая связи нейронов операционной системы между собой. Кроме того, нейроны системы связаны с определенными нейронами логической системы (на рисунке эти связи не показаны)

Интеграторы в нейронах настраиваются на определенный модулированный волновой сигнал. Графическое изображение такого сигнала показано на рисунке 11. Он состоит из частей сигналов (A, B, C, D), полученных от интеграторов более низкого уровня. Каждая часть выражает определенную частную ситуацию. Ассоциативность связей состоит в том, что возбуждение любой части сигнала логических и операционных интеграторов приводит в возбуждение весь интегратор, и таким образом, определяется ассоциативная связь отдельной ситуации с общей картиной в целом. Таким образом, в работу могут быть вовлечены с последовательной выборочностью все интеграторы, имеющие логическую связь с любой частной ситуацией. Учитывая систему связей, при которой каждый нейрон передает сигналы сразу нескольким другим (см. рис. 10), происходит это очень быстро.

Рис. 11

Возбуждение операционной системы может возникать как от проявления оперативной памяти, так и от воздействия логических интеграторов, возбужденных, в свою очередь, сенсорной системой, получившей информацию извне. Последнее мы рассмотрели выше, как частный случай.

Оперативная память операционной системы всегда настроена на решение текущих задач. Когда человек просыпается утром, то вместе с этим включается в работу операционная система. Вообще-то правильнее будет сказать, что человек просыпается оттого, что в активную работу включается операционная система. Но при включении в работу всей операционной системы активными являются только те интеграторы, которые сохранили свою настройку (являются в данный момент носителями кратковременной памяти). То есть операционная система всегда готова решать текущие задачи, которые "всплывают" из ее оперативной памяти.

Постановка новой задачи всегда вызывается реальной картиной (совокупностью реальных ситуаций). Задачи не появляются вдруг. Для их возникновения нужны побудительные причины. Человек не будет задумываться над тем, как переправиться через реку, если решение этой задачи не продиктовано той или иной необходимостью.

Система инстинктов человека мало чем отличается от одноименной системы других млекопитающих. Вместе с тем, логическая система имеет уже значительное отличие, связанное с большим количеством уровней интеграции. Однако самое большое отличие содержится в операционной системе. У животных не развита или слабо развита ассоциативная связь между интеграторами нейронов.

Последовательность эволюционного развития центральной нервной системы не требует особых комментариев. Началась она с формирования системы инстинктов, затем, в процессе мутаций ее нейронов, появились нейроны с логическими интеграторами. Нейроны логической системы породили нейроны операционной системы.

На этом можно закончить эту главу. Рассмотрение различных видов животных и растений, появлявшихся и исчезавших на разных этапах эволюционного процесса, не принесет ничего нового в общий принцип, рассмотренный в этой главе. Однако к вопросам, связанным с работой центральной нервной системы, общими принципами, по которым развиваются взаимоотношения между живыми организмами, мы еще вернемся в последующих главах.