Почему в наследственных программах человека так много противоречий?

Зададимся вопросом: почему унаследованные нами от предков программы так противоречивы? Неужели и у других животных такая же сумятица? Оказывается, нет, обычно у диких видов программы весьма четко согласованы, притерты друг к другу; новые программы реализуются четко, а древние, которым они пришли на смену, либо подавлены, либо подправлены. Разгадку этого парадокса нашел в конце 1940-х годов наш замечательный соотечественник генетик С.Н. Давиденков.

Биологическая эволюция от обезьяны к человеку была исключительно быстрой на последнем этапе и далеко не прямой. Естественный отбор решал уйму совершенно новых задач, многое намечалось как бы вчерне. Если бы человек и дальше эволюционировал как обычный биологический вид, все решения были бы, в конце концов, найдены, отшлифованы, все лишнее убрано.

Но в самый разгар биологической эволюции случилось невиданное: человек в значительной мере вышел из-под влияния естественного отбора. Незавершенным, недоделанным. И таким остался навсегда. (Чтобы быть совсем точным, человек ушел не от всех воздействий отбора. Например, отбор на устойчивость к заразным болезням, от которых нет вакцин и лекарств, продолжает действовать. Может изменяться и поведение. Если долго не будет найдено средство от СПИДа, то в охваченных пандемией популяциях в Африке будет происходить отбор, увеличивающий в популяции долю людей, генетически склонных к строгой моногамии. Ведь от этой болезни умирают и сексуальные партнеры, и их дети.)

А вышел человек из-под действия отбора потому, что главным условием успеха стала не генетически передаваемая информация, а внегенетически передаваемые знания. Выживать стали не те, кто лучше устроен, а те, кто лучше пользуется приобретенным и с каждым поколением возрастающим знанием. Это знание о том, как строить, как добывать пищу, как защищаться от болезней, как жить.

Этот ранний выход и есть причина многих противоречий современного человека. Так и осталось, например, нерешенным противоречие между громадной головой ребенка и недостаточно расширившимся (чтобы не терять способность ходить) тазом женщины – и поэтому роды тяжелы, мучительны и опасны. Остались нерешенными и противоречия между инстинктами, лежащими в основе полового, брачного, семейного и общественного поведения. Поэтому так часто мы ведем себя неудачно, даже просто плохо и в том случае, когда руководствуемся внутренними мотивами, и в том случае, когда сознательно стремимся делать все им наперекор. Но если знаешь подсознательную природу своих мотиваций, то шансов поступать правильно самому и быть снисходительнее к другим больше.

Лекция 7

Сенсорные процессы и восприятие

План

1. Рецепторы и сенсорные оценки

2. Внешние стимулы

3. Внутренние стимулы

1. Рецепторы и сенсорные оценки

Для взаимодействия с окружающим миром любому организму нужно в нем ориентироваться. Ведь каждое изменение внешней и внутренней среды должно быть вовремя уловлено, а к новой ситуации необходимо приспособиться. Эта сложная работа состоит из трех элементов:

1) распознания произошедшего изменения,

2) оповещения органов или систем организма и

3) выработки ответной адекватной реакции.

Все это может происходить, только если у организма имеются следящие устройства, которые определяют характер и степень воздействия. Такие устройства, конечно, имеются. Это группы основных рецепторов, без которых невозможно существование в нашем мире. Начнем их рассмотрение.

Прежде всего, поговорим о хеморецепции.

Хеморецепцией называется способность распознавать химические вещества и определять их концентрацию. Ею обладают даже очень примитивные формы живого. Собственно говоря, любую нервную клетку можно считать хеморецептором. Ведь она специфически реагирует на вещества, выделяемые другими нервными клетками.

Хеморецепторы делятся на экстероцепторы и интероцепторы.

Первые реагируют на присутствие химических веществ во внешней среде, а вторые – на соединения, циркулирующие в жидкостях тела. В частности на такие как окись углерода, питательные вещества и гормоны. Из органов чувств, например, вкус, и обоняние зависят от хеморецепторов.

Обоняние различает низкие концентрации веществ, содержащихся в воздухе. Вкус же возникает от прямого соприкосновения с относительно высокими концентрациями химических веществ. Однако в обоих случаях на рецептор действуют растворенные вещества. У некоторых животных, например, у водных обитателей, разделить эти чувства трудно. У разных организмов такие рецепторы распределены в разных частях тела. Так, у падальной мухи хеморецепторы антенн распознают малые количества веществ в воздухе, а хеморецепторы на лапках способны обнаруживать соль, сахар и чистую воду.

Одна из наиболее исследованных обонятельных систем у беспозвоночных животных связана с восприятием феромона ухаживания. Это сделано на примере тутового шелкопряда. Феромон – это соединение или смесь соединений, которая выделяется организмом в окружающую среду. Она вызывает специфическую поведенческую или физиологическую реакцию у воспринимающего организма того же вида. Самка выделяет с помощью железы на конце брюшка свой феромон. Самец перистыми антеннами улавливает его на расстоянии до нескольких километров.

Вкусовые рецепторы состоят из чувствительных клеток, которые обычно расположены группами, в так называемых сосочках. У млекопитающих четыре основных вкусовых ощущения – кислое, горькое, соленое и сладкое. У людей к каждому из них чувствительны разные части языка. Кислое воспринимается боковыми сторонами ближе к корню, горькое – самой задней областью, соленое – боковыми сторонами ближе к переднему краю, а сладкое – кончиком языка. Вкусовые качества пищи зависят одновременно от ее вкуса и запаха.

К хеморецепции довольно близка терморецепция. Она имеется у большинства животных, но изучена у относительно немногих. Чувствительные к температуре нервные окончания обнаружены у разных насекомых. Например, у таракана терморецепторы на лапках воспринимают температуру почвы, а на антеннах – температуру воздуха. У рыб терморецепторы находятся в коже, в боковой линии и в головном мозгу, поэтому эти животные очень чувствительны к изменениям температуры. У ямкоголовых змей (гремучников) на голове между глазами и ноздрями имеются ямки, чувствительные к инфракрасному излучению. Они устроенные так, что животное способно к прямой температурной чувствительности.

В каждой ямке имеется крошечное, как булавочный укол, отверстие. На дне этих отверстий расположена мембрана, сходная строением с сетчаткой глаза, содержащая мельчайшие терморецепторы в количества 500-1500 на квадратный миллиметр. Терморецепторы 7000 нервных окончаний соединены с ветвью тройничного нерва, расположенной на голове. Эти термолокаторы, чувствительны к инфракрасному излучению, обусловленному высокой температурой тела добычи. Чувствительность настолько высока, что позволяет уловить изменения температуры окружающей среды даже в 1/300 долю градуса. Похожие терморецепторы располагаются и по краям головы удавов.

У млекопитающих в целом наблюдаются самые развитые формы терморегуляции. Их головной мозг получает сигналы от многих частей тела. Интеграция таких сигналов приводит к соответствующему включению различных согревающих и охлаждающих механизмов. (Вспомните в курсе «экологии» мы рассматривали: покраснение кожи, дрожь, расщепление гликогена и пр.)

Механорецепторы и слух

Звук возникает вследствие ничтожных изменений давления, вызываемых источником колебаний в воздухе, в воде или почве. Звуковые рецепторы в принципе тоже представляют собой механорецепторы, но с очень быстрым восстановлением чувствительности. Это делает их восприимчивыми к колебаниям очень высокой частоты.

У множества членистоногих описаны чувствительные к вибрации волоски и рецепторы в суставах конечностей. Пауки отличают живую добычу от мертвой по вибрации паутины. Некоторые позвоночные обладают механорецепторами, способными воспринимать колебания субстрата. Такие рецепторы найдены в коже змей и в суставах ног у кошек и уток.

Слуховые системы животных, несмотря на разнообразие, имеют некоторые общие черты. Так, например, их периферическая часть преобразует звуковое давление в колебательное движение. Рецепторы превращают это движение в нервные импульсы, которые распознаются центральной нервной системой. Один из самых простых типов периферических устройств известен у бабочек совок. У них имеются два «уха» (тимпанальных органа), каждое из которых состоит просто из особой мембраны по бокам груди и двух рецепторных клеток, погруженных в полоску соединительной ткани. Это поразительно простое «ухо» позволяет бабочкам слышать ультразвуковые сигналы охотящихся летучих мышей. А некоторым из них – включать в ответ свою систему ультразвуков. От этих ультразвуков мышь «слепнет», то есть лишается на время своего эхолокатора и теряет бабочку из виду.

Звук обладает многими свойствами, на которые животное может реагировать. Когда он проходит через среду, ее частицы движутся взад и вперед, создавая осциллирующие волны давления. Величина (амплитуда) этих волн определяет интенсивность (громкость) воспринимаемого звука. Скорость его зависит от плотности среды распространения и не зависит от интенсивности воспроизведения. В воздухе звук распространяется со скоростью около 340 м в секунду, причем в горячем воздухе – быстрее, чем в холодном. В воде его скорость приблизительно в четыре раза выше, чем в воздухе. То же характерно и для почвы.

Когда слуховой рецептор воспринимает узкий частотный диапазон, говорят, что он «остро настроен». Так антеннальный рецептор (джонстонов орган) самца комара реагирует на колебания частотой от 150 до 550 Гц, что соответствует звуку, создаваемому крылом самки.

В целом органы слуха у позвоночных чувствительны к более широкой области звукового диапазона, чем у беспозвоночных. Так, лишь очень немногие беспозвоночные могут различать две частоты, если только не обладают двумя по-разному настроенными типами рецепторов. Для позвоночных такое различение не составляет проблемы благодаря отчасти строению их уха, а отчасти анализирующей роли их центральной нервной системы.

У человека, подобно большинству млекопитающих, ухо разделено на три отдела: наружное, среднее и внутреннее ухо. Наружное ухо состоит из ушной раковины и слухового прохода, который отделяется от среднего уха барабанной перепонкой. Среднее ухо образовано полостью, лежащей за барабанной перепонкой и соединенной с глоткой через евстахиеву трубу. Эта труба – проход, который делает возможным выравнивание воздушного давления в наружном и среднем ухе.

Колебания воздуха улавливаются ушной раковиной и проходят по наружному слуховому проходу, заставляя барабанную перепонку колебаться с той же частотой. Эти колебания передаются через полость среднего уха по трем слуховым косточкам, образующим систему рычагов, она уменьшает амплитуду колебаний, но увеличивает их силу.

Не у всех позвоночных строение уха одинаково. Так, например, у рыб и китообразных (дельфинов и китов) нет наружного уха. Рыбы, кроме того, лишены также барабанной перепонки и среднего уха со слуховыми косточками. Поскольку ткани рыб имеют приблизительно ту же плотность, что и вода, колебания, приходящие к их голове, могут передаваться прямо к внутреннему уху. У амфибий и рептилий самой наружной частью уха является барабанная перепонка, но у птиц уже имеется внешний канал (слуховой проход), ведущий к ней от поверхности тела.

Зрение

Зрение основано на обнаружении электромагнитного излучения. Электромагнитный спектр имеет широкий диапазон, и видимая часть составляет лишь очень малую его долю. Энергия электромагнитного излучения обратно пропорциональна длине волны. Длинные волны несут слишком мало энергии, чтобы активировать фотохимические реакции, лежащие в основе фоторецепции. Энергия коротких волн так велика, что они повреждают живую ткань. Так что видимая часть всего диапазона – это волны средней длины.

Фоторецепторные клетки содержат пигмент, который под действием света обесцвечивается. При этом изменяется форма молекул пигмента, причем в отличие от выцветания, с каким мы встречаемся в повседневной жизни, в пигменте этот процесс обратим. При прекращении действия света эти клетки восстанавливают свой пигмент.

Фоторецепторные клетки могут быть рассеяны по поверхности тела. Например, у дождевого червя. Однако обычно эти клетки образуют скопления. Глаз самого примитивного типа состоит из группы рецепторов, лежащих на дне углубления или ямки в коже. Глаз моллюска с точечным отверстием развился из глаза-ямки, внешние края которого сошлись к центру, а слой фоторецепторов образовал сетчатку. Такой глаз работает точно так же, как фотокамера с точечным отверстием: свет от каждой точки попадает только на очень малую область сетчатки, в результате возникает перевернутое изображение.

Глаза позвоночных, хорошим примером которых служит глаз человека, построены по единому плану. Такой глаз окружен плотной оболочкой – склерой, прозрачной в передней части глаза. Там она называется роговицей. Непосредственно изнутри роговица покрыта черной выстилкой – сосудистой оболочкой. Она снижает пропускающую и отражающую способность боковых частей глаза. Сосудистая оболочка выстлана изнутри светочувствительной сетчаткой. Спереди в самом центре сосудистая оболочка и сетчатка отсутствуют. Здесь находится крупный хрусталик, делящий глаз на переднюю и заднюю камеры. Передняя заполнена водянистой влагой, а задняя – стекловидным телом. Перед хрусталиком расположена радужка. Это – мышечная диафрагма с отверстием, называемым зрачком. Радужка регулирует размеры зрачка и тем самым количество света, попадающее в глаз. Хрусталик же окружен ресничной мышцей, которая изменяет его форму.

При сокращении мышцы хрусталик становится более выпуклым, фокусируя на сетчатке изображение предметов, рассматриваемых вблизи. При расслаблении мышцы хрусталик уплощается и в фокус попадают более отдаленные предметы.

Фоторецепторы делятся на два типа палочки и колбочки. Палочки, более вытянутые по сравнению с колбочками, очень чувствительны к слабому освещению. Они обладают только одним типом фотопигмента – родопсином. Поэтому палочковое зрение не цветное. Оно также отличается малой разрешающей способностью (остротой), поскольку много палочек соединено только с одной нервной клеткой. То, что одно волокно зрительного нерва получает информацию от многих палочек, повышает чувствительность в ущерб остроте. Палочки преобладают у ночных видов, для которых важнее всего чувствительность.

Колбочки наиболее чувствительны к сильному освещению и обеспечивают острое зрение. Они могут быть разных типов, обладая специализированными фотопигментами. Такие пигменты поглощают свет в различных частях спектра. Так что, колбочки служат основой цветового зрения.

Диапазон интенсивности света, воспринимаемого глазами позвоночных, огромен – они чувствительны к значениям освещенности, различающимся в миллиард раз. Это достигается разными механизмами, особыми для каждого вида.

Для того чтобы на сетчатке возникало резкое изображение, проходящий в глаз свет должен преломляться так, чтобы фокусироваться на ней. Это происходит в роговице и хрусталике. В глазу человека преломление в роговице примерно вдвое больше, чем создаваемое хрусталиком.

Поле зрения у глаз во многом зависит от их положения на голове. У позвоночных поле зрения каждого глаза составляет около 170°. У разных видов поля зрения обоих глаз перекрываются в разной степени. В общем, у хищников это перекрывание спереди значительное, а сзади лежит слепая область. А вот у животных, являющихся их добычей, перекрывание небольшое, а слепая область меньше. Им и сзади нужно видеть опасность.

При двух перекрывающихся полях зрения возможно бинокулярное зрение. Такое зрения возможно, когда глаза расположены на одной плоскости. Например, у обезьян, сов. Его преимущество состоит в том, что оно обеспечивает более точное восприятие глубины и оценку расстояния, чем монокулярное зрение. Это важно для животных, которые пользуются такой информацией при захватывании добычи. Достоинство широкого поля зрения заключается в том, что при нем легко различаются движения, даже если они происходят позади животного. Совершенно очевидно, что это важно для видов, которые должны остерегаться приближения хищника.

На примере зрения можно представить, как увиденное расшифровывается мозгом. Сначала проекция изображения на сетчатку. Затем передача сигналов с рецепторов сетчатки в мозг. Затем создание субъективного образа в мозгу и снова передача его на сетчатку.

Из Дойджа

Итак, мы видим не глазами, а благодаря мозгу. Глаза дают первичные ощущения, которые могут быть даже тактильными. Мозг же анализирует всю поступающую информацию. Глаза лишь чувствуют изменения световой энергии, а воспринимает их и строит образ – наш мозг. Так что кожа и ее тактильные рецепторы вполне могут заменить сетчатку глаза.

Как кожа, так и сетчатка представляют собой двухмерные поверхности, покрытые сенсорными рецепторами. Они в результате обеспечивают формирование в мозгу трехмерной картинки. Для того чтобы видеть кожей мозг должен научиться, то есть этот участок мозга, обрабатывающий осязательную информацию должен приспособиться к новым сигналам. Начать обрабатывать зрительную.

Такая способность к адаптации предполагает, что мозг пластичен, то есть способен реорганизовывать свою сенсорно-перцептивную систему.

Итак, выражения: мы слышим ушами, видим глазами, различаем запах носом, ощущаем вкус языком и осязаем через кожу, не совсем верны. Все это мы делаем нашим мозгом.

Кстати, пластичность мозга дает надежду на то, что даже слепые от рождения могут научиться видеть, а глухие слышать.

Сенсорные оценки

Сенсорный – связанный с чувствительностью к внешнему воздействию, то есть с ощущением. Психологи же традиционно проводят различие между ощущением и восприятием.

Ощущения – это основные данные органов чувств, сырой материал, из которого извлекается знание. Красное и синее – это примеры цветовых ощущений.

Восприятие – это процесс как интерпретации сенсорной информации в свете опыта, так и бессознательного заключения. То есть это материал ощущения уже обработанный мозгом.

Например, глядя на какой-нибудь пейзаж, мы используем цвет как руководство для суждения о расстоянии, на котором находятся холмы и другие объекты на местности. Это хорошо знают художники, которые обычно пользуются разными оттенками синего, чтобы создать впечатление расстояния. Как ощущение, так и восприятие – это процессы получения информации.

Сенсорные оценки это в основном качественные оценки внешнего воздействия. Дело в том, что организмы очень различаются по чувствительности восприятия и ощущения. Это происходит не только у разных видов, но даже в пределах одной половозрастной группы. Кроме того, внешнее воздействие обычно сопровождается тем или иным шумовым фоном, к которому тоже может быть индивидуальная восприимчивость. Вот и получается, что измерить непосредственно ощущение невозможно.

Можно использовать органолептические показатели. Это оценки с помощью органов чувств. Например, для пищевых продуктов – вкус, запах, внешний вид и консистенция. Однако такая оценка имеет субъективный характер, и результаты ее в значительной мере зависят от наклонностей, возраста, состояния здоровья и настроения конкретной личности.

Для количественного оценивания ощущения, как и обычно, в естественных науках прибегают к статистическим показателям. То есть оценки проводятся во многих повторностях и вычисляется средний результат воздействия с соответствующей стандартной ошибкой среднего.