Cijela raznolikost oblika adaptivnih reakcija živih organizama podijeljena je u dvije skupine. Instinkti su se razvili kao prilagodbe stalnim i povremenim pojavama u okolini.

Druga skupina objedinjuje vrste ponašanja koje su životinje pronašle u životu pojedinca, točnije, ono što je svaka zvijer shvatila i pretrpjela svojim vlastitim umom. Te reakcije pomažu tijelu da se prilagodi neočekivanim, brzo mijenjajućim uvjetima postojanja.

Oba oblika adaptivnog djelovanja uključuju uzastopne serije aktivnosti usmjerenih na postizanje korisnih rezultata za organizme. Međutim, programiranje takvih radnji unutar urođene i stečene aktivnosti može se provesti na različite načine.

Zlatna jaja osipa i aplis puža

U pravilu se instinktivna aktivnost temelji na krutim programima. Proučavajući život insekata, izvanredni francuski prirodoslovac J. Fabre skrenuo je pažnju na zanimljiv oblik instinktivnog ponašanja žutokrilne osi - sfeksa.

U određenoj fazi razvoja ovih osa, pod utjecajem unutarnjih hormonskih promjena i okolišnih čimbenika (prvenstveno temperature zraka i duljine dana), počinje sazrijevanje jaja. Treba ih odgoditi. Ova faza ponašanja mesožderke osi tipičan je primjer instinktivne aktivnosti.

Osa počinje kopanjem određenog oblika na osamljenom mjestu. Zatim odleti u lov na divljač, koja bi trebalo poslužiti kao hrana za larve čim se izlegu iz jaja. Igra za sfex je terenski kriket. Sfex otkriva kriket i paralizira ga snažnim udarcima uboda u živčane čvorove. Izvlačeći ga u rupu, osa ga ostavlja blizu ulaza, ona sama silazi u rupu da provjeri situaciju.

Nakon što se uvjeri da u rupi nema stranih osoba, osa vuče svoj plijen tamo i odlaže jaja na prsa. Također može povući još nekoliko cvrčaka u rupu kako bi zapečatio ulaz sa sobom. Tada ona leti, a ona se neće vratiti na ovo mjesto.

Ako pažljivo razmislite o svim fazama ponašanja osa, primijetit ćete da su svi njegovi pokreti raspoređeni prema jedinstvenom programu podložnom jedinstvenom rezultatu - polaganju jaja. Znanstvenik J. Fabre mnogo je puta gurnuo kriket koji je osa ostavila na ulazu tijekom pregleda rupe. U ovom slučaju, nakon što je izišao iz rupe i primijetio da je plijen predaleko, osa ga je ponovno zgrabila, povukla do ulaza i spustila u rupu, ali opet sama. Osovina je neumorno ponavljala sve radnje: povukla je kriket, potom ga bacila, provjerila minku, da bi se ponovo vratila za njom.

Dakle, u ponašanju osa svaki prethodni rezultat njegove aktivnosti, usmjeren na postizanje nekih prekretnica, određuje razvoj sljedećeg djelovanja. Ako osa ne primi signal o uspješnom završetku prethodne faze, nikad neće prijeći na sljedeću.

Sve to sugerira da se ponašanje osa gradi prema strogom programu. Potaknuta je unutarnjom potrebom, motivacijom. No provedba programa određena je postupnim i konačnim rezultatima adaptivne aktivnosti životinje. Što je to, pokazuju sljedeća zapažanja. Nakon što je osa zidala na ulazu, doslovno možete uništiti njezine napore pred očima. Sudbina jaja više ne zanima osip, jer je njegova misija završena.

Cijeli ovaj program određen je nasljednim mehanizmima. Uostalom, potomci osa nikada se neće susresti sa svojim roditeljima i od njih neće ništa naučiti. Međutim, ti nasljedni mehanizmi stupaju na snagu samo uz prisustvo određenih čimbenika okoliša. Ako ih osi ne pronađu, recimo meko tlo za minke, čitav se niz postupaka zbunjuje i raspada. A onda cijela populacija osa na ovom nesretnom mjestu umire.

Čini se da se grade svi oblici instinktivne aktivnosti.To su potvrdili znanstvenici koji su proučavali na svim kontinentima, u ponoru mora i oceana, način i navike krilatih, četveronožnih, ljuskavih, šiljastih, zemljanih i drugih naših susjeda na planeti.

Što se više čovjekovu otkrila raznovrsnost instinktivnog ponašanja životinja, to ga je čarobnije privlačila najveća tajna žive prirode. Na čemu se temelje unutarnja svojstva tjelesnih instinkta? Nakon otvaranja 1951-1953. J. D. Watson, F. Crick i M. Wilkins o strukturi DNK, ovo je pitanje konkretizirano i sada zvuči ovako: kako su urođeno ponašanje kodirano u genima i kako oni to kontroliraju?

Najživopisniji i najinformativniji odgovor na to pitanje dala je grupa američkih neuroznanstvenica pod vodstvom E. Candela. Ispitali su isti oblik ponašanja u morskim puževima aplizie kao u sfexu - polaganje jaja. Polaganje jaja aplizie, kažu sudionici u tim eksperimentima, je vrpca koja sadrži više od milijun jaja. Čim pod utjecajem mišića kontrakcije hermafroditske žlijezde, gdje se dogodi oplodnja, jajašca počinju istiskivati, puž se prestaje kretati i jesti. Povećava se disanje i otkucaji srca.

Puž hvata jastučić za jajašca ustima i, pomičući glavu, pomaže mu da izađe iz kanala, a zatim ga uvija u kost. Na kraju, pokretom glave, životinja pričvršćuje zidanje na čvrstu podlogu.

E. Kandel i I. Kupferman pronašli su u trbušnom ganglionu (tj. Nakupljanju neurona) aplisiji takozvane aksilarne živčane stanice. Iz njih se dobiva ekstrakt i unosi u tijelo drugih puževa. I pokazalo se da je snaga nekih tvari iz ovog ekstrakta nad ponašanjem mekušaca bila toliko velika da su puževi odmah počeli odlagati svoja jaja, čak i ako njihova zrelost još nije došla. Štoviše, neplodni puževi, nakon što su dobili takav ekstrakt, napravili su odvojene pokrete od rituala odlaganja jaja.

Znanstvenike zanimaju tvari koje čine aktivni princip ekstrakta aksilarnih stanica. Pokazalo se da su to 4 peptida (tj. Kratki lanci aminokiselina), od kojih se jedan zvao GOY - hormon polaganja jaja. Samo napominjemo da ovo otkriće nije bilo potpuno iznenađenje. Među ostalim biološki aktivnim tvarima, peptidi se sada najintenzivnije proučavaju.

Zaista, ti sićušni proteini, koji djeluju u zanemarljivim količinama, reguliraju gotovo sve vitalne procese u tijelu: prehranu, disanje, izlučivanje, razmnožavanje, termoregulaciju, san itd. Broj peptida izoliranih iz različitih tkiva već je premašio 500. Mnogi od njih sintetiziraju se u živčanom tkivu i izravno kontroliraju ponašanje.

Uloga "aksilarnih" aplizija peptida je također bila ista. Američki su znanstvenici pronašli 7 neurona u živčanom sustavu aplzije, na koje ti peptidi imaju najsnažniji i selektivni učinak. Prema biolozima, tih 7 ćelija djeluju kao zapovjedni neuroni. Drugim riječima, oni kontroliraju preostale živčane stanice aplisije, koje su dio funkcionalnog sustava koji osigurava polaganje jajašaca. U bilo kojoj aplozi, ove stanice pod utjecajem „aksilarnih“ peptida počinju istodobno stvarati električne impulse, a zvuk njihovog električnog „govora“ u ovom je slučaju potpuno drugačiji nego u drugim slučajevima kada ti neuroni daju električni „glas“.

Osim pokretanja ovih zapovjednih neurona, četiri peptida iz aksilarnih stanica imala su i druga zanimanja koja su bila usko povezana radi jednog krajnjeg cilja - polaganja jajašaca. Jedan peptid usporava rad srca. Još jedan presječe kanal hermafroditske žlijezde, tako da kabel izlazi. Treća potiskuje apetit puža tako da se bezobrazna majka ne ruča s vlastitim potomstvom.

F. Strumwasser i njegovi kolege izdvojili su još 2 peptida iz reproduktivnog sustava kohelije. Nazvani su peptidom A i peptidom B.Oni su prisilili aksilarne stanice da izluče četiri upravo opisana peptida. Zahvaljujući ovom otkriću, mehanizmi za pokretanje funkcionalnog sustava odlaganja jaja postaju jasniji.

Tako je potvrđeno da su peptidi koji „okupljaju“ živčane stanice u jedno radno udruženje, birajući iz skupa mogućih neuronskih spojeva one koji su podložni njihovom djelovanju i uključuju ih u funkcionalne sustave. Zajedno s neuronima, peptidi također kombiniraju periferne stanice u zajednicu. Kao rezultat peptidno koordinirane aktivnosti cijelog ovog ogromnog staničnog ansambla, postiže se rezultat korisnog ponašanja.

Čini se da je ovdje sve logično i promišljeno. No u stvari je vrlo važno pitanje ostalo neriješeno sve dok neuroznanstvenici nisu počeli raditi s dešifriranim genima.
Po čijem su „nalogu“ sva četiri peptida počela strogo izlučivati ​​aksilarne stanice? Pod djelovanjem peptida A i B? Naravno. Ali nakon svega, ove su tvari pokrenule samo tajanstveni mehanizam u aksilarnim stanicama. Pa kako djeluje?

Ovo je pitanje vrlo važno. Napokon, vrijedio je ovaj slijed i proporcionalnost u raspodjeli peptida, a na temelju toga je izgrađeno teško programiranje instinktivnog ponašanja aplizije, barem se na neki način slomiti, a ona neće položiti nikakva jaja. Očito bi se to dogodilo i sa sfeksom, gdje se "rukopis" neke skupine peptida također pretpostavlja.

Neuroznanstvenici su prvo sugerirali, a zatim dokazali da priroda sinteze peptida iz jedne funkcionalne skupine povjerava jedan te isti gen ili barem nekoliko gena, ali usko je povezan zajednicom regulatornih mehanizama.

Koristeći metode genetskog inženjeringa, američki su istraživači identificirali i u potpunosti utvrdili nukleotidnu sekvencu za tri gena aplisije. Prvi su "ispisali" u strogo definiranom slijedu četiri peptida aksilarnih stanica. Dva druga gena sintetizirala su peptide A i B. Analiza nukleotidne sekvence ovih gena otkrila je dvostruka mjesta. To ukazuje da sva tri gena potječu iz istog prekursora. Tijekom evolucije, vjerojatno je bio mutiran. Na primjer, broj kopija ovog gena mogao bi se povećati (duplicirati). Zbog novih mutacija koje su utjecale na već formirane gene, započeli su vlastitu evoluciju. Kao rezultat toga, umnožavanje gena kroz formiranje novih peptidnih obitelji dovelo je do povećanja broja tjelesnih funkcija, na primjer, urođenih programa ponašanja.

Teško je precijeniti važnost ovog rada za biologiju. Bilo je moguće razviti i nastaviti ideju o ulozi sustava koji stvara peptide. Postalo je jasno kako oni posreduju u djelovanju "općih sakupljača" funkcionalnih genskih sustava na različite stanice. Evolucijski put koji vodi od genetskih mutacija do umnožavanja i kompliciranja programa instinktivnog ponašanja postao je jasniji.

Međutim, ma koliko te hipoteze bile primamljive, ipak ih je trebalo potvrditi na životinjama osim aplisije. Tek tada se moglo govoriti o univerzalnosti u prirodi načela kontrole nad reakcijom cijelog tijela na jedan gen koji kodira grupu funkcionalno povezanih peptida. I to je već učinjeno.

Američki znanstvenici N. I. Tublitz i njegovi kolege dokazali su da nekoliko međusobno povezanih gena kodira skupinu peptida koji kontroliraju završni stadij metamorfoze duhanskog moljaca - izlaska insekta iz pupa. Ovaj strogi program ponašanja pokreće jedan veliki peptid. Sintetizira se u živčanom sustavu i počinje se puštati u krv dva i pol sata prije izlijevanja moljaca. Izašavši iz pupa, insekt širi krila. Tri druga peptida kontroliraju ove procese. Dvije od njih pomažu da se ispune krvne žile, odakle se ulivaju u krvne žile krilca i šire ih.Treći peptid djeluje na vezivno tkivo krila. Dok se oni ravnaju, on im daje plastičnost, a zatim - stalnu krutost.

Od 1980. do 1983. u laboratorijima profesora S. Numa (Japan) i dr. P. Siburga (SAD) uspostavljen je redoslijed gena koji ispisuje protein proteproiomelanokortina. U mozgu se ta ogromna molekula enzimima izrezuje u nekoliko kratkih lanaca - peptida. Preopiopiomelanokortinski peptidi u životinja i ljudi tvore jedinstveni funkcionalni sustav. Svi smo upoznati s njegovim djelovanjem. Zahvaljujući njoj, naše tijelo reagira na snažne i neočekivane podražaje urođenom reakcijom - stresom.

Jedan peptid iz obitelji prepopiomelanokortina povećava izlučivanje glukokortikoidnih hormona nadbubrežne žlijezde. Oni zauzvrat povećavaju cirkulaciju krvi u mišićima, pojačavaju njihovu kontraktilnost, povećavaju glukozu u krvi. Drugi peptid potiče razgradnju masti. Zbog glukoze i masti mobilizira se rezervna energija. Treći peptid pojačava lučenje inzulina i osigurava upotrebu glukoze u tkivima. Četvrti gasi bol. Zato čak i teške ozljede tijekom uzbuđenja, stresa, ne primjećujemo odmah. Dakle, priroda omogućuje živim bićima u ekstremnoj situaciji da dovrše glavnu stvar, a zatim učine "samoizlječenje". Konačno, potonji peptid povećava pažnju i razinu budnosti mozga, što je također korisno u bilo kojoj životnoj situaciji.

Dakle, doista „zlatna jaja“ donijela su znanstvenicima sheks i apliziju. Promatrajući ponašanje mesožderne osi u prošlom stoljeću, J. Fabre je otkrio glavne vanjske zakone urođenog ponašanja. Nakon otprilike jednog stoljeća, američki su neuroznanstvenici uglavnom iznijeli molekularno genetski mehanizam pomoću kojeg mozak pohranjuje i provodi programe urođenog ponašanja.

Međutim, rad u tom smjeru tek je započeo. Doista, urođeno ponašanje sisavaca, što je krajnji cilj svih studija znanosti o mozgu, zapravo nikada nije tako teško označeno kao reakcije sfeksa, aplisije ili duhanskog moljaca. Značaj okolišnih čimbenika koje je J. Fabre primijetio dok je promatrao grabežljivu osi u instinktivnom ponašanju toplokrvnih životinja neusporedivo je veći. U skladu s tim, principi genetske kontrole složeniji su, plastičniji i na neki način već različiti.