Лукавые инфузории

XVII века голландский торговец мануфактурой Антони Левенгук увлекся шлифованием оптических стекол и достиг в этом деле поразительных по тем временам успехов. Собственноручно изготовленные им линзы увеличивали в 150–300 раз. В 1674 году ему впервые пришло в голову взглянуть на каплю воды, взятую из старого, заросшего тиной озера. То, что он там увидел, его глубоко потрясло. В капле оказался целый мир живых существ, ведущих активную, если не сказать бурную, жизнь.

Анималькулы – так назвал Левенгук обнаруженную им мелюзгу – изменили всю его жизнь. Теперь каждую свободную минуту он бежал в свою домашнюю лабораторию и часами просиживал, склонившись над линзой. Левенгук впервые увидел и зарисовал клетку растений, красные кровяные тельца, сперматозоидов, обнаружил бактерий и простейших. Более двухсот объектов описал он в своем главном труде «Раскрытые тайны природы».

Открытия Левенгука получили широкую известность. Спрос на линзы сразу возрос. Их покупали не только ученые. Великосветские дамы и кавалеры часами наслаждались картинами из жизни одноклеточных существ. А посмотреть было на что. В капле воды ежеминутно возникали драмы. Одни крохотные создания гибли, поедаемые другими, а те в свою очередь попадали на обед более сильному хищнику. Взамен им тут же, прямо на глазах, возникали новые существа, чтобы через минуту погибнуть или стать причиной гибели более слабых созданий. Рассказы об образе жизни, о коварстве, сообразительности или глупости анималькул стали модными в светских салонах. Ученые тоже поддались всеобщему увлечению, а некоторые заодно и всеобщим заблуждениям.

В конце XIX века отмечается резкое повышение интереса к психическим явлениям, к психике животных, в том числе и примитивных. Спускаясь все ниже и ниже по эволюционной лестнице, ученые на всех ее этапах, вплоть до самых низших, постоянно сталкивались с несомненной целесообразностью поведения живых организмов, что чаще всего ошибочно воспринималось ими как свидетельство разумности изучаемых животных.

Мода на психологию привела к тому, что за исследования брались малоподготовленные люди. К изучению психики животных подключались психологи, совершенно незнакомые с зоологией, и зоологи – очень далекие от психологии. Неудивительно, что они частенько совершали грубые ошибки. Нужно признать, что биология не была готова расширить границы своих изысканий в эту сторону. Чтобы не быть голословным, сошлюсь на свидетельство профессора Санкт-Петербургского университета А. Фомицина. В предисловии к своей обширной монографии, изданной журналом «Мир божий», он пишет: «Естествознание переживает в настоящую минуту серьезный кризис, кризис, вызванный включением в круг его расследований еще новой категории явлений, именно явлений психических». А дальше на протяжении трехсот страниц, потрясенный сложностью и внешней осмысленностью деятельности примитивных существ, он приписывает простейшим организмам и растениям наличие психики и «сознательной деятельности».

А. Фомицин – ничтожно малая величина в развитии науки о поведении, но он ярко отображает существовавшие в то время представления. Всеобщее увлечение психологией и уровень ее развития удачно высмеял Иммерман, «обработавший» воспоминания барона Мюнхгаузена. В книге, вышедшей у нас в 1838 году, барон заявил: «Я нашел, что инфузории, быт которых, между прочим, занимает меня в последнее время, представляют собой, в сущности, недоразвившихся карпов и обладают памятью».

Начало XX века ознаменовалось величайшим достижением И.П. Павлова в изучении высших функций мозга, в создании условнорефлекторной теории его работы. Эти исследования дали толчок к объективному изучению примитивных существ. Конечно, не разум и не сознательную деятельность искали у них физиологи, а память и условные рефлексы. В сравнении с сознанием, которое в прошлом порой обнаруживали у инфузорий кое-какие горе-ученые, это не так уж и много. Однако попробуем взглянуть с другой стороны. Одноклеточное существо – это всего лишь клеточное ядро, оболочка и совсем немного протоплазмы. Какие же структуры могут взять на себя функцию выработки условного рефлекса и где находится хранилище памяти?

Из огромной армии простейших одноклеточных организмов в лабораторию почему-то проникли одни инфузории. Наблюдая за их поведением, придумывая простые и сложные эксперименты, ученые пришли к выводу, что для таких маленьких существ, какими являются инфузории, они необыкновенно умны и обладают отличной памятью.

Инфузорию-туфельку сажали в такой узкий капилляр, что ей трудно было протиснуться. Добравшись до конца капилляра, туфелька старалась повернуться. После 4–5 минут упорного труда это ей обычно удавалось. Терпеливо наблюдая в течение часа за ее прогулками по капилляру, можно было заметить, что повороты туфельке стали даваться легче. Через 10–12 часов она настолько осваивается с ситуацией, что поворачивается всего за 1–2 секунды. Чем еще можно объяснить результаты опытов, если не способностью инфузорий обучаться совершать поворот в сильно стесненных условиях узкого капилляра?

Находясь в питательном растворе, где содержат и разводят инфузорий, туфельки передвигаются толчками, совершая хаотические движения, и беспрерывно меняют направление. Но если их пересаживают в крохотные сосуды и инфузории вынуждены постоянно наталкиваться на стенки, поведение туфелек коренным образом меняется. Вместо того, чтобы петлять по своему помещению, они начинают двигаться вдоль его стенок. Причем в круглых микроаквариумах инфузории вписывают в берега своих водоемов почти правильный восьмиугольник, в квадратных – квадрат, расположенный косо по отношению к стенкам аквариума, а в треугольных – треугольник, упирающийся своими углами в середину стенок аквариума.

Наказывая инфузорию за непослушание, удалось научить туфельку, помещенную в капилляр, находиться только в темной или, наоборот, в освещенной его части. Получив свою порцию наказаний, инфузория, заплывая за границу света и тени, сразу же останавливалась и тотчас поворачивала обратно. Вот, оказывается, какими умными могут быть эти удивительные крохотные создания!

Восхищение «умственными» способностями инфузорий продолжалось довольно долго, но всему приходит конец. Постепенно выяснилось, что у безмозглых существ не может быть и ума. Во всех описанных выше опытах никакого обучения на самом деле не происходит, поведение инфузорий менялось по другим причинам. Туфельки, как и прочие живые существа, используют для дыхания кислород и выделяют углекислый газ. В тесном пространстве капилляра концентрация углекислого газа быстро возрастает. Его становится больше и в теле инфузорий. Под воздействием накапливающихся кислых веществ протоплазма разжижается и, естественно, поворачиваться туфельке становится значительно легче.

Не следует думать, что инфузории плавают вдоль стенок своего микроводоема в поисках выхода. Просто у себя дома, где в воде много бактерий и выделяемого ими углекислого газа, у инфузорий принято совершать хаотические движения. Из мелкого микроводоема углекислый газ быстро улетучивается, а в чистой воде инфузории предпочитают двигаться прямолинейно. Однако крохотные размеры водоема не дают им полностью проявить свои способности. Инфузории постоянно натыкаются на стенки, и здесь срабатывает еще одна особенность их движения – наткнувшись на препятствие, инфузории отскакивают от него под углом 20 градусов. Вот почему в маленьких мелких сосудах движения туфелек упорядочиваются.

Еще проще объясняется приобретение инфузориями умения не пересекать границ света и тени. Они ни на свет, ни на темноту не обращают абсолютно никакого внимания. Если границу света и тени сдвинуть, туфельки будут невозмутимо проскакивать эту черту и останавливаться на прежнем месте, где их раньше наказывали. Инфузории вооружены стрекательными капсулами. Когда туфельку подвергают воздействию электрического тока, она в ответ отвечает залпом своих батарей, выстреливая длинными ядовитыми гарпунами. Поскольку во время обучения удары электричества обрушиваются на инфузорию в момент перехода границы света и тени, именно здесь постепенно образуются целые облачка взвешенных в воде ядовитых гарпунов. Натыкаясь на свое же оружие и получая чувствительные уколы, инфузории невольно останавливаются и поворачивают вспять. Так что и в этом случае никакого обучения не происходит.

Означают ли эти опровержения, что одноклеточных животных ничему научить нельзя, что у них нет совершенно никакой памяти? Нет, все живые существа обладают памятью и способностью обучаться, только следует подбирать им задачи по силам.

Среди многочисленных видов инфузорий есть настоящие гиганты. Это спиростомумы амбигуум. Самые крупные из них достигают в длину 2 миллиметров и отлично видны невооруженным глазом. При небольшом увеличении спиростомумы выглядят белесыми червячками с миниатюрной ушастой головкой, активно ползающими по поверхности стекла или любого другого субстрата.

Спиростомумы – пугливые существа. Малейшее сотрясение воды, даже вызванное прикосновением кончика карандаша к ее поверхности, заставляет всех инфузорий, находящихся в сосуде, немедленно остановиться и в ужасе сжаться в крохотный комочек. Такой испуг мимолетен. Поскольку ничего опасного для жизни спиростомумов не произошло, они очень скоро снова распрямятся и как ни в чем не бывало продолжат свой путь.

Притрагиваясь раз за разом к поверхности воды, удается научить инфузорий меньше пугаться безобидного воздействия, не сжиматься и быстрее возобновлять обычное движение. Проявив настойчивость, можно приучить спиростомумов совершенно не бояться легких сотрясений воды, не вздрагивать и не прекращать своего движения.

Любое существо удается научить не делать чего-то лишнего, не нужного организму. Мы помним, что этот тип обучения называется привыканием. Оно заключается в постепенном ослаблении какой-нибудь реакции на многократно повторяющийся раздражитель. Привыкание вырабатывается у любых животных. Голодная гидра хватает каждый объект, коснувшийся ее щупалец, и даже может проглотить несъедобную добычу. Схватив в первый раз кварцевую песчинку, она под ее тяжестью падает на бок. В лупу видно, с каким трудом гидра вытаскивает свои щупальца из-под придавившего ее микровалуна. Когда ей наконец удастся принять прежнюю вертикальную позу, можно кинуть новую песчинку, гидра прельстится и ею. Чтобы выработать привыкание, нужно бросать ей песчинки одну за другой и лишь от 25–35-й животное впервые решит отказаться. Это не усталость. Ненароком наткнувшуюся на нее дафнию гидра тотчас же схватит и отправит по назначению.

У крохотных молочных планарий, относящихся к классу плоских червей, легко вырабатывается привыкание к свету. У многощетинковых червей – полихет, весьма активных и осторожных животных, удается выработать привыкание к сотрясению, вибрации, движущейся тени, уменьшению или увеличению освещенности, слабому электрическому току и другим раздражителям.

Насекомое богомол – прожорливый и коварный хищник, способный мгновенно наброситься на любую жертву, оказавшуюся в пределах его досягаемости. У богомолов удается выработать привыкание к живым и мертвым мухам и к их моделям, после чего хищник перестает делать попытки их схватить. Интересно, что насекомое, переставшее обращать внимание на модели мух, схватит мертвую муху, а научившись на мертвых мух, не откажется от живой. Привыкание у богомола очень конкретно. У насекомого оно вырабатывается не к мухам вообще, а к вполне конкретной мухе. В этом легко убедиться. Если через час после того как он научится не замечать живую муху, богомолу снова ее показать, он нападать на нее не станет, но на новую набросится тут же.

Этим типом реакций широко пользуются и высшие животные. Птенцы воробьиных птиц активно выпрашивают корм у прилетевших к гнезду родителей. Они широко разевают свои клювики, вытягивают шею, а некоторые попискивают. Реакцию выпрашивания вызывают не только родители, но любой темный предмет, показавшийся над краем гнезда, или его простое сотрясение. К этим раздражителям легко возникает привыкание. У кошки его можно выработать к легкому раздражению кожи, и животное перестает отдергивать лапу.

Безусловно, для высших животных привыкание не является ни главной, ни ведущей психической реакцией. Им не исчерпывается репертуар их психики, но без этой, самой примитивной психической реакции не смогли бы обойтись даже люди. Благодаря привыканию мы утром менее чем за минуту перестаем замечать прикосновение одежды. Если одежда новая и непривычная, реакция наступает не так легко и быстро. Мы привыкаем к тиканью часов, к шуму за окном нашей спальни и перестаем замечать эти воздействия.

Прочность привыкания зависит от того, сколько усилий потрачено на его образование, и от состояния памяти. Если после того как привыкание образовалось, продолжать действовать на животное тем же раздражителем, оно укрепляется и может сохраняться в течение нескольких дней или недель. У одноклеточных животных память никудышная. Привыкание у них сохраняется 30–40 минут, редко один-полтора часа. По мере усложнения нервной системы память явно становится надежнее и сохранность привычек возрастает. После усиленных упражнений реакция сохраняется особенно долго.

У низших животных возможен и еще один вид обучения. О нем уже шла речь. Он прямо противоположен привыканию и состоит в том, что под влиянием внешних воздействий животное приобретает способность отвечать определенной реакцией на раздражитель, который раньше ее не вызывал. В отечественной литературе этот вид обучения получил название суммационного рефлекса, что хорошо отражает механизм его становления. За рубежом его называют сенсибилизацией или сенситизацией, что характеризует внешнее выражение реакции, изменение чувствительности к одним раздражителям под воздействием других.

Пресноводные гидры относятся к свету весьма положительно. Если аквариум заклеить бумагой, оставив в ней маленькую щелку, то через несколько дней все животные переберутся в освещенную часть. Совершенно очевидно, что свет их не пугает. Однако можно добиться, чтобы они его боялись. Для этого гидру раздражают ударами слабого электрического тока, от которого она будет съеживаться в комок. После нескольких десятков ударов током внезапно включенный свет тоже заставляет гидру сжиматься.

Аналогичные реакции имеют широкое распространение. Сильно напуганный человек вздрагивает от любого слабого звука, от любого внезапного раздражителя, в котором явно нет ничего опасного. Причина повышения возбудимости – суммация возбуждения. Удар электрического тока вызывает возбуждение в нервной системе гидры. Если каждое следующее воздействие током обрушивается на нее, когда возбуждение от предыдущего еще полностью не улеглось, новое возбуждение суммируется с остатками старого. После серии электрических ударов возбуждение в нервных цепях накапливается и становится столь велико, что добавление даже небольшой его порции оказывается достаточным, чтобы вызвать оборонительную реакцию. Вот почему свет, который в обычном состоянии гидрам нравится, теперь их пугает.

Как и привыкание, суммационный рефлекс сохраняется очень недолго. Кратковременность – весьма необходимое качество. Нервные клетки или их синапсы не должны на длительный срок менять свои свойства. Условия, вызвавшие возникновение суммационного рефлекса, могут в считанные минуты измениться, и для животного не будет никакого резона вздрагивать от любого случайного раздражителя или производить какие-то другие реакции.

Низшие формы обучения, простейшие психические реакции – привыкание и суммационный рефлекс – имеют для животных огромное значение. Их роль особенно заметна у низших существ, ведь они ничему другому обучиться просто не могут. Но и для высших животных и человека их значение никак не меньше. Привыкание обеспечивает реакциям организма адекватность, устраняя все лишнее, не обязательное, не приносящее ощутимой пользы, что позволяет экономить массу энергии и сосредоточиваться на чем-то действительно важном или необходимом.

Благодаря привыканию животные способны притерпеться к любым условиям существования, с которыми ежедневно встречаются на своей территории, в своей семье или в своем стаде. Это привыкание позволяет птицам вить гнезда в перекрытиях железнодорожных мостов, по которым каждые 3–5 минут с грохотом проносятся железнодорожные составы. Не существуй привыкания, любое животное было бы похоже на пуганую ворону, которая от каждого куста шарахается.

Не менее важную роль играет суммационный рефлекс. Для организма, подвергшегося вредному воздействию, выгодно отреагировать оборонительной реакцией на любой новый раздражитель, так как в этой ситуации достаточно велика вероятность, что и он связан с опасностью. При систематическом столкновении с пищевыми раздражителями организму целесообразно отреагировать на любой новый раздражитель пищевой реакцией, так как и он может оказаться связанным с присутствием пищи. Короче говоря, образование суммационного рефлекса должно повышать приспособленность животных к условиям существования и увеличивать их шанс на выживание.