Значение, развитие и формирование нервной системы. Морфология черепно-мозговых нервов

Положение, однако, радикально меняется при переходе к подтипу  позвоночных. Даже у представителей самого примитивного класса позвоночных (к которому относятся такие животные, как миноги, организмы, у которых  отсутствуют челюсти и конечности, характерные для других классов) передний конец нервной трубки превратился  в ясно выраженный головной мозг. И  это не простое утолщение или  вздутие. На самом деле их три, и называются они пузырями. Эти мозговые пузыри дают начало трем отделам головного  мозга соответственно их анатомическому положению. Это передний мозг, средний  мозг и задний мозг. Это принципиальное деление сохраняется у всех высших позвоночных, хотя к этим трем отделам  добавляются многочисленные усовершенствования и дополнения в виде добавочных структур.

Позвоночные появились на Земле около 500 миллионов лет назад. У самых ранних видов тело имело  костный панцирь, прикрывавший голову и переднюю часть тела. Доспехи  имели недостаток - они уменьшали  скорость передвижения и маневренность  их носителя, увеличивая его вес. Во всяком случае, у позвоночных развитие внешнего панциря не явилось залогом  их выживания и способности к  конкуренции с другими видами. (К современным позвоночным, имеющим панцирь, относятся черепаха, броненосец и ящер. Все эти виды нельзя назвать слишком успешными.) Но головной мозг, безусловно надо было защитить. Таким образом, развился череп.

Позвоночные полагаются не только на пассивную защиту с помощью  панциря. Эти животные быстры, ловки  и часто обладают специальными орудиями нападения. Исключением служит центральная  нервная система - головной мозг и спинной мозг. Эти органы тщательно спрятаны в хрящевой или костный футляры. Таким образом, нервная система получила панцирь в организме, который сам панциря не имеет. Определенно это говорит о том, насколько важна для организма позвоночного центральная нервная система.

Три отдела головного мозга  получили дальнейшую специализацию  даже у примитивных позвоночных. Из нижней части самого переднего  отдела переднего мозга развилась  пара выростов, принимающих нервы, берущих  начало в ноздрях. Эти нервные  окончания воспринимают запахи и  передают сигналы о них в передний мозг, который, по этой причине, был  назван обонятельным мозгом. Позади обонятельных долей находятся еще два выроста  переднего мозга, из которых формируется  кора головного мозга. Часть переднего  мозга, расположенная под корой, называется зрительным бугром. В среднем  мозге расположены центры зрения, поэтому эта часть называется зрительным мозгом.

Задний мозг образует утолщение  в верхней части, примыкающей  к среднему мозгу. Это утолщение  называется мозжечком. Область, расположенная  за мозжечком, постепенно суживается до того места, где она переходит, покидая  полость черепа, со спинным мозгом. Она называется продолговатым мозгом. Это мозг в том смысле, что это  мягкая ткань, расположена в костной  полости и, в отличие от других участков головного мозга, имеет  удлиненную, а не пузыреобразную форму.

Такая структура лежит  в основе строения головного мозга  у всех позвоночных без исключения. В строении мозга могут быть нюансы в смысле степени развития тех  или иных его участков, в зависимости, например, от того, что важнее для  данного животного - зрение или обоняние. У рыб и земноводных главным  источником информации служит запах, поэтому  у них лучше развит обонятельный мозг. Для птиц запах играет сравнительно небольшую роль, поэтому обонятельный мозг у них небольшой, но зато сильно развит зрительный мозг.

Превращение головного мозга  в именно мозг, а не в обонятельно-зрительную машину, определяется развитием коры больших полушарий головного мозга. Верхнее покрытие больших полушарий состоит из многочисленных нервных клеток, которые придают поверхности серый цвет. Это кора головного мозга, или плащ. В разговорном языке эту часть мозга часто называют серым веществом. Кора мозга у рыб и земноводных занимается преимущественно сортировкой запахов и направляет животное к источнику пищи или заставляет спасаться от врагов.

У пресмыкающихся большие  полушария крупнее и более  специализированны, чем у рыб или земноводных. Объяснением тому может служить тот факт, что суша - среда обитания большинства пресмыкающихся - намного более враждебна жизни, нежели океан и пресные водоемы, где обитают более примитивные классы позвоночных. На суше воздушная среда отличается меньшей вязкостью, чем вода, поэтому становятся возможными быстрые движения, которые сами по себе требуют более четкой и скорой координации мышечной активности. Кроме того, на суше сила тяжести проявляется полностью, так как ее не нейтрализует выталкивающая сила воды. Это подвергает организм животного дополнительным опасностям и опять-таки предъявляет повышенные требования к эффективности мышечной деятельности.

Поэтому, хотя мозг пресмыкающихся все еще в основном занят анализом запахов и вкусов, он становится больше, а в участках мозговой коры вблизи лобной доли появляется нечто  новое. Новая часть коры называется neopallium («новый плащ», лат.), или, по-русски, «новая кора». В этом участке сосредоточены нервные пути, занятые анализом ощущений, отличных от обоняния. В новой коре осуществляется прием большей по объему информации, ее обработка и сложная координация ответных действий. Рептилии, несмотря па силу тяжести, передвигаются с помощью конечностей, и их тело не соприкасается с поверхностью земли. Новая кора еще больше развилась у одной замечательной группы пресмыкающихся, которые около 100 миллионов лет назад сменили чешую на мех, стали теплокровными и превратились в млекопитающих - самый сложный и успешный класс позвоночных.

У примитивных млекопитающих  мозг устроен еще сложнее, чем  у пресмыкающихся, хотя по-прежнему его основной задачей остается распознавание  и анализ запахов. По крайней мере, такой остается задача старой коры. Но у этих животных начинает развиваться  и новый плащ, который увеличивается  в размерах и покрывает корой  поверхность больших полушарий  головного мозга.

Чем больше размер новой  коры, тем более сложную информацию может обрабатывать мозг и тем  сложнее может становиться поведение  животного. В простом мозге места  может хватить на выработку только одного ответа на какой-то определенный стимул. В сложном мозге места  хватает на составление разнообразных  комбинаций множества нейронов, что  позволяет различать топкие градации стимулов, принимать в расчет условия  их возникновения и формировать  разнообразные ответы, в зависимости  от особенностей каждого случая. Именно способность принимать различные  решения в зависимости от меняющейся обстановки мы и считаем мерой  интеллекта. Именно большая новая  кора делает млекопитающих умнее, чем  остальные позвоночные, не говоря уже  о беспозвоночных.

Главной тенденцией в эволюционном развитии млекопитающих стало увеличение размеров тела. Это подразумевает  увеличение размеров больших полушарий  и новой коры головного мозга. Можно было бы ожидать, что с увеличением  размеров мозга будут возрастать и умственные способности. Но это, как  выяснилось, совершенно не обязательно. Чем больше животное, тем более  совершенная координация движений ему требуется. Эта задача часто  решается за счет интеллектуальных способностей. Информация поступает из больших  объемов окружающей среды, таким  образом, становится сложнее. Чем больше и тяжелее животное, тем в большей мышечной массе оно нуждается и тем более совершенная координация нужна ему, чтобы адекватно управлять мускулатурой. Таким образом, если увеличение размеров происходит без одновременного и пропорционального увеличения головного мозга, то животное скорее поглупеет, чем поумнеет.

Разительным примером в этом отношении являются гигантские пресмыкающиеся мезозойской эры. Некоторые из них  были намного крупнее самых крупных  из современных млекопитающих, но это  мало отразилось на размере их головного  мозга. Действительно, одной из самых  поразительных черт этих гигантов было то, что они носили крошечный, чуть ли не с булавочную головку, мозг над  горами плоти. Нет никаких сомнений в том, что это были на редкость тупые создания. В худших случаях  животным не хватало массы головного  мозга на то, чтобы обеспечить минимальную  координацию движений мышц. Возьмем  для примера стегозавра. Это животное весило около десяти тонн, то есть больше, чем самый большой современный  слон. Мозг стегозавра, несмотря на это, размерами не превосходил мозг маленького котенка. Природа была вынуждена  создать крупные скопления нервных  клеток у основания спинного мозга, и именно эти скопления управляли  мышцами задней части тела, оставив  управление передней частью поистине жалкому головному мозгу. Действительно, этот второй спинной мозг своими размерами  превосходил головной мозг стегозавра. Примеры снижения интеллекта по мере увеличения размеров тела можно найти  и у млекопитающих, хотя эти примеры  не столь разительны. Большая корова - весьма тупое животное, интеллект  которого не идет ни в какое сравнение  с интеллектом меньшей по размерам собаки.

Некоторые млекопитающие, однако, избежали этой участи. Размеры их тела увеличивались, но одновременно увеличивалась  и масса головного мозга при  большем росте площади новой  коры. Однако увеличение площади коры означало, что мозг должен был вырасти  за пределы черепа, так как его  емкость ограниченна. Поэтому при увеличении массы тела недавно появившихся млекопитающих произошло параллельное сморщивание поверхности головного мозга. Вместо гладкой поверхности полушарий мозга, характерной для всех других животных, и даже среди примитивных мелких млекопитающих, поверхность головного мозга больших и более высокоразвитых млекопитающих напоминает поверхность очищенного грецкого ореха. Кора больших полушарий свернулась в извилины. Серое вещество расположено на внешних и внутренних поверхностях извилин, что позволяет увеличить его площадь и массу.

Что касается самой массы, то наибольших значений она достигла у очень крупных млекопитающих - слонов и китов. У этих животных самый большой головной мозг. Более  того, па поверхности его есть извилины, и самое большое число извилин  имеют мозги самых крупных  китов. Не удивительно поэтому, что  киты и слоны являются одними из самых умных животных на Земле. Но все же не они самые умные, и  причина тому - слишком большие  размеры тела. Большая часть их головного мозга - слишком большая - является рабой огромной массы  мышц, которые требуют сложного координированного  управления. Остается слишком мало нервных клеток на таинственную функцию  разума и абстрактного мышления.

Для того чтобы поискать рекордсменов по разуму, нам придется найти группу животных, у которых  развился крупный головной мозг без  чрезмерного увеличения массы тела, которая нейтрализует мощное развитие мозга. Другими словами, мы хотим  найти животных с наибольшим значением  отношения - масса головного мозга/масса  тела.

ПРИМАТЫ

Для того чтобы найти подходящее соотношение массы тела и массы  головного мозга, мы должны обратиться к одному из отрядов млекопитающих. Этот отряд называется приматы. Термин образован от латинского слова «первый». В таком наименовании проявилось самомнение человека, ибо к этому отряду относимся и мы.

Около 70 миллионов лет  назад приматы отделились от отряда насекомоядных. Живущие ныне на Земле  насекомоядные - это мелкие животные, такие, как землеройки, кроты и  ежи. По-видимому, ранние приматы мало отличались от насекомоядных. Действительно, в Юго-Восточной Азии обитают представители приматов, которые называются тупайи. Эти животные своими повадками похожи на землероек, хотя они несколько крупнее. (Землеройки - самые мелкие на Земле млекопитающие.) Тупайи же настолько крупны, что напоминают людям маленьких белок, поэтому иногда местные жители называют их беличьими землеройками. Эти животные относятся к семейству тупайевых. Их мозг устроен более совершенно, чем мозг насекомоядных, а в анатомическом строении есть некоторые черты, по которым зоологи больше склонны относить их к «ранним» приматам, нежели к «поздним» насекомоядным.

Важной разницей между  землеройками и тупайями является то, что тупайи, в отличие от землероек, обитают на деревьях. Ранние приматы вели древесный образ жизни, то есть жили на деревьях. То же самое продолжают делать они и сейчас, за исключением самых крупных видов. Обитание на деревьях прибавляет к недостаткам существования на суше дополнительные опасности. Суша, по крайней мере, тверда и надежна, а ветви деревьев тесны и колеблются от веса животного, как, впрочем, и от малейшего дуновения ветра. Опасности силы тяжести удваиваются. Один неверный шаг и организм падает не с высоты своих лап, а с гораздо большей.

Чтобы приноровиться к  такой жизни, млекопитающим пришлось развить у себя некоторые дополнительные приспособления.

Преимущество можно извлечь  из малых размеров, ловкости и легкости. Например, для белки подходят и  тонкие ветви, опасность падения  с которых сведена до минимума. (Чем меньше животное, тем меньше ушибается оно при падении.) Некоторые  виды, например летяги, обзавелись складками  кожи перепонками, которые позволили  превратить падение в полет, то есть в способ передвижения. Другим возможным  выходом является повышенная осторожность. Животное пробует на ощупь каждую ветку, прежде чем ступить на нее  или повиснуть на ней. Именно такой  стиль поведения усвоили ленивцы. Эти звери достигли значительных размеров, но взамен превратились в  медлительных «черепах».

Ранние приматы избрали  путь белок. К таким приматам относятся  лемуры. (Название произведено от латинского слова «привидение». Животные были названы так из-за умения бесшумно пробираться по кронам деревьев по ночам. Лемуры ведут ночной образ жизни.) Вместе с тупайями лемуров относят к подотряду предобезьян.

Весь этот подотряд все  еще несет на себе отпечаток происхождения  от насекомоядных. У представителей его вытянутая вперед морда, по бокам которой расположены глаза, смотрящие в разные стороны. Мозг у лемуров и тупайев гладкий, а из всех его отделов больше всего развит обонятельный. Тем не менее, постепенно, шаг за шагом, происходят решающие изменения. Приматы медленно осваивают трудности жизни на деревьях. Они не стали уклоняться от вызова. Они начали не просто скользить по ветвям. У этих животных развилась хватательная лапа, впоследствии рука, с помощью которой можно было теперь крепко ухватиться за любой сук.

Они не стали бороться с  опасностью падения, обзаведясь летательной  перепонкой. (Есть животное, которое называется летающим лемуром. Этот зверь обзавелся перепонкой, но он относится к отряду насекомоядных, а не приматов.) У приматов усовершенствовалась координация между зрением и мышечными движениями. Для оценки местоположения качающейся ветки нет более важного чувства, чем зрение, и даже у тупайев самой развитой частью мозга становится зрительный отдел, который увеличивается за счет отдела обонятельного. Эта же тенденция прослеживается и у лемуров.