Начало >> Статьи >> Архивы >> Развивающийся мозг

Вписанность эволюции живого в пространственно-временной континуум мира - Развивающийся мозг

Оглавление
Развивающийся мозг
Эволюция мозговых структур
Вписанность эволюции живого в пространственно-временной континуум мира
Эволюция жизни как эволюция систем
Мозг как биологический экран внешнего мира
Отражение константных параметров в эволюции мозга
Системогенез и его предпосылки
Теория функциональных систем П. К. Анохина, Барталанфи
Опережающее развитие нервных структур
Генетические предпосылки опережающего созревания нервных структур
Системное созревание восходящих активирующих влияний ретикулярной формации
Экологические факторы и гетерохронии в созревании восходящих активирующих влияний
Гетерохронное созревание болевых механизмов восходящих активирующих влияний ретикулярной формации
Системный принцип в созревании восходящих активирующих влияний
Химическая эволюция восходящих влияний ретикулярной формации
Гетерохронное созревание восходящих возбуждений сенсомоторной коры
Гетерохрония в созревании восходящих возбуждений сенсомоторной коры
Морфологические исследования кортикальных структур
Онтогенетическая эволюция вторичных компонентов вызванного потенциала
Эволюция вторичного ответа Форбса
Эволюция вторичного отрицательного компонента
Созревание проекционной зоны сенсомоторной коры
Анализ гетерохронного созревания компонентов первичного ответа
Филогенетическая эволюция восходящих систем спинного мозга
Эволюция химической специфичности синаптических организаций коркового нейрона
Биологические предпосылки нейрохимической организации нейрона
Действие ГАМК на поверхностные синаптические системы коры в процессе онтогенеза
Эволюция судорожной активности незрелой коры
Гетерохронный рост зрительных проекций как предпосылка системного созревания коры мозга
Особенности вызванных потенциалов зрительной коры и онтогенез
Онтогенетические исследования вызванных потенциалов зрительной коры
Созревание первого длиннолатентного отрицательного компонента дельта
Происхождение возбуждений, формирующих ВП в онтогенезе
Химическая специфичность компонентов вызванного ответа зрительной коры
Гетерохронное созревание подкорковых структур зрительной системы
Гетерохрония в созревании элементов сетчатки
Эпицентрическое и конвергентное созревание восходящих возбуждений зрительной коры
Филогенетические предпосылки гетерохронии восходящих афферентных систем зрительной коры
Принципы созревания восходящих возбуждений коры мозга
Заключение

Биологический аспект понятия континуума как непрерывности превращения материи в пространстве и времени был введен П. К. Анохиным (1969) для анализа специфической формы отражения временного континуума мира в процессе эволюции 'живого— опережающего отражения. Временная конструкция мира оказалась включенной в конструкцию живых систем по крайней мере в двух своих проявлениях: ритмической повторяемостью событий и превращением материи в континууме времени. Именно временной континуум процессов живой системы определяет системную организацию ее метаболизма с одновременным существованием десятков процессов в микропространстве и микроинтервале времени. Специфическая уплотненность химических событий в микроинтервалах времени, их динамическая организация с регуляцией по результату определили возникновение и развитие живого в рамках системной организации как информационных процессов системного характера. С этой точки зрения эволюция живых систем есть в первую очередь эволюция и совершенствование информационных связей, использующая для своей «механической» реализации эволюцию структур. Так, например, в великолепно отлаженной живой системе бактерий Е. coli у основания пирамиды живого из трех простейших соединений — аммиака, глюкозы и воды — строится 3000 белков самой различной информационной значимости. Для получения такого эффекта эти три соединения должны были попасть в такую временную организацию специфических информационных процессов живой системы, которая делает их в информационном отношении качественно иными. Таким образом, внешние факторы по отношению к Е. coli — аммиак, глюкоза и вода — являются нейтральными до тех пор, пока они не попадают в мощный котел информационных процессов живой системы. По нашему мнению, именно таким образом они включаются в эти процессы и «отражаются» системой. На этом уровне движение информации реализуется через химические процессы. Однако эволюция живых систем шла в сторону все более широкого охвата отражаемых факторов мира с прогрессирующим усложнением и нарастанием отражающих структур. Максимальным выражением такой направленности эволюционного процесса является мозг как орган совершенных форм информационных связей. Образно можно сказать, что в эволюции живого информационные процессы непрерывно «подбирали» себе структуры от микро- до макроуровня, а неизбежность их усложнения в процессе все большей и большей оптимизации приспособительного результата деятельности системы приводила к усложнению ее структур.
Кроме динамических факторов, в неорганическом мире существуют некоторые постоянные факторы, составляющие константы его пространственно-временного континуума. Они стали такими же абсолютными условиями эволюции живой материи, как и временная конструкция мира.
Набор элементов, включенных в живые системы из общего состава имеющихся в земной коре, оказывается крайне избирательным — только 22 из 100. Более того, несмотря на то что самыми распространенными из них являются кислород, кремний, алюминий и натрий, в органических соединениях шире всего представлен водород, затем кислород, углерод и азот. Особенно важно подчеркнуть, что содержание этих элементов в живом намного выше, чем в окружающем мире, т. е. произошла их избирательная концентрация в живых системах. Поразительная «приспособленность» этих элементов для функции жизни предопределена особенностями их электронной структуры, формирующих устойчивые связи как друг с другом, так и с другими элементами органических соединений. Здесь мы находимся у самых истоков загадки отражения и обнаруживаем изначальные конструкции веществ, являющихся исходными и отправными для возникновения жизни.
Углерод — счастливая случайность органической эволюции. Благодаря своей способности к организации четырех ковалентных связей с четырьмя другими атомами углерода он создал уникальный каркас, стабильный в условиях нашей планеты, бесконечные цепи которого образуют структурные единицы жизни— белки и нуклеиновые кислоты (Ленинджер А., 1976).
Уже на заре жизни полимеры с высокой относительной молекулярной массой, образуя сложные агрегаты, формировались под влиянием сил гравитации. Вписанность живых систем в эту важнейшую константу нашей планеты оказалась фатальной для живых систем различного класса. Так, например, в условиях невесомости семена растений дают росток, однако направление их роста не ориентировано, хаотично и примерно через 2 нед они погибают. У человека нарушаются важнейшие физиологические константы, выработанные эволюцией для преодоления сил гравитации на протяжении миллионов лет, начиная с эры выхода первых тетрапод на сушу. Однако исследования в космосе показали, что бактерии Е. coli как будто бы «не замечают» невесомости, так же как и другая единица жизни — хромосома, весьма независимо продолжающая свои жизненные циклы в делящихся клетках растений (Дубинин Η. Н., Ваулин Э. Н,. 1978).
Другой важнейшей константой континуума внешнего мира является видимый свет — спектр электромагнитных колебаний солнечного излучения с длиной :волны от 400 до 700 нм. В процессе своеобразной селекции на уровне молекулярной эволюции свет вывел на арену жизни белковые молекулы, обладающие специфической фотохимической чувствительностью. В силу своей биологической значимости как энергетический фактор, специфически связанный со временем, в том числе и с ритмом смены суток. Свет еще на доклеточной стадии эволюции должен был неизбежно вписаться в специфическую конструкцию живого вещества и его эволюцию (рис. 1).
Таким же константным фактором, в который должна была неизбежно вписаться жизнь, является ионосфера нашей планеты.
Таким образом, представляется возможным выделить по крайней мере три категории в параметрах пространственно-временного континуума мира, которые специфически определили развитие, своеобразие и уникальность органического мира Земли (Ата-Мурадова Ф. М., 1976). Это, во-первых, ритмичность повторяющихся событий макромира, определивших появление опережающего отражения событий микромира в химическом континууме живых структур (Анохин П. К., 1969). Во-вторых, константы физического мира, такие, как силы гравитации, свет, звуковые колебания и вибрация, магнитное и электрическое поля нашей планеты и т. д. Они неизменны на протяжении всего развития органической жизни на Земле и являются общими для всех экологических ниш современных животных. Оставаясь постоянными па протяжении миллионов лет, эти факторы «создали» такие специфические структуры живых систем, как специфические рецепторы.


Рис. 1. Вписанность эволюции животного в пространственно-временной континуум мира, в его константные факторы (гравитация, звуковые волны, широчайший спектр электромагнитных колебаний Солнца). Колебания в диапазоне видимого света определили около 500 млн. лет тому назад возникновение зрительного рецептора и затем зрительного мозга, который как компонент системы (организма) неуклонно приобретал новые уровни интеграции на каждой новой ступени прогрессивной эволюции (подробное объяснение в тексте).

Наконец, третью категорию составляют переменные факторы внешнего мира, которые в процессе эволюции «определили» разнообразие органических форм и составили частные особенности экологических ниш. Эти факторы, являясь временными и переменными, весьма индивидуальны по своим признакам.
Возникает вопрос: в каких специфических чертах и структурах мозга отразились эти три категории параметров мира? Каким образом вписывалось в них эволюционное древо жизни, адекватно отражая в мозговых структурах непрерывность пространственно-временного континуума мира?
Рецепторы организма, направленные во внешний мир и стоящие на страже гомеостаза протоплазматической устойчивости клетки, должны точно регистрировать все изменения этого мира, т. е. той константы, на которую «направлен» данный рецептор. Он обязан быть очень консервативным в своей отражательной деятельности: точно, без искажений отражать только «свой» параметр внешнего мира и о его тончайших изменениях сигнализировать организму для построения правильной поведенческой реакции.
Поражает крайняя консервативность наследственной программы главного эволюционного компонента всех рецепторов— реснички,— генетическая система которой «пронизывает» всю лестницу живых существ от эвглены до человека. Образно можно сказать, что «участок» генома, формирующий ресничку, центриоль и др., субстрат отражения общих констант «мира сохранился без изменений на протяжении всей истории живого. Для света, например, таким субстратом, специально и узко направленным настроенным на прием электромагнитных колебаний 400—700 нм, является зрительный рецептор со специфическим зрительным пигментом. К настоящему времени «возраст» такого зрительного рецептора, или белка с фотохимической чувствительностью, насчитывает около 500 млн. лет. Еще более древней оказалась сама органелл а — зрительная палочка, на которой сосредоточен этот белок: она является ресничкой по- своему происхождению и уходит корнями к эпохе доклеточного существования жизни (эра органелл) (Бернал Дж., 1960). Остается удивляться стабильности генетических структур этой органеллы, которая воспроизводится миллионы лет и представляет собой пример наиболее «древней» части ДНК организма, а по возрасту — филогенетически наиболее старые гены.
Такое же сходство в строении имеют и рецепторы у различных животных, отражающие земное притяжение, тонко реагирующие на изменение центра тяжести.
Сходство строения и стабильность рецепторов у различных животных являются прямым следствием отражения какого-либо общего константного параметра пространственно-временного континуума мира. Жесткость отражения и явилась условием их приспособительного для живим значения.
Какова специфичность отражения константных факторов внешнего мира в структурах центрального мозга, которые «вписали» их «в себя», с одновременной интеграцией этой информации с другими компонентами для получения полезного результата в интересах организма как целого?
Специфичность зрительных структур мозга, определяемая их направленностью на отражение константного фактора физического мира-— световой энергии, явилась причиной их своеобразного эволюционного разрастания в процессе филогенеза, когда каждый уровень, достигнутый эволюцией в совершенствовании зрительной функции «вплетался» в деятельность предыдущего и, оказавшись приспособительным, этим самым удерживался в процессе эволюции. Возникала системная иерархия таких уровней, каждый из которых полностью удовлетворял жизненные потребности своей филогенетической стадии. Примером могут служить зрительные структуры среднего мозга, которые от рыб до млекопитающих и человека способны к автономной интегративной деятельности, независимой от высших уровней со специфическим объемом полезных результатов (см рис. 1).
Постепенное развитие такой иерархии особенно отчетливо проявляется в процессе индивидуального развития высших животных: в первую очередь в эмбриогенезе созревают зрительные структуры среднего мозга, сразу устанавливающие восходящие связи с еще незрелой корой мозга, затем зрительные ядра более высокого таламического уровня со своими восходящими в кору проекциями и т. д.


 
« Радионуклидные исследования отдельных органов   Развитие мозга ребенка »