Нервная система и органы чувств животных

Понятие раздражимости. Наряду с обменом веществ, ростом и размножением раздражимость представляет собой одно из главных свойств живого. Раздражимость означает способность живого существа отвечать на воздействия окружающего мира активной деятельностью. Активный подвижный образ жизни животных обусловил чрезвычайное развитие у них точно и быстро действующих, органов управления поведением в зависимости от окружающих событий, что привело к возникновению и совершенствованию нервной системы и органов чувств.

В соответствии с различием условий жизни раздражимость развивается по-разному у разных животных.

Раздражимость у простейших организмов. У простейших живых существ, ведущих неподвижный образ жизни, раздражимость проявляется главным образом в изменении их обмена веществ. Например, питательные вещества вызывают усиленный рост бактерий. У простейших, способных двигаться, раздражимость проявляется в их движении. Например, в ответ на химическое раздражение каплей кислого или щелочного раствора амеба уползает от него, а если поместить рядом с ней зеленую водоросль, то она вытянет к водоросли ложноножки и схватит ее.

Простейшие живые существа воспринимают раздражение, как правило, всей поверхностью и отвечают активностью всего клеточного тела.

С возникновением многоклеточных организмов эволюция мира живых существ на нашей планете пошла по двум направлениям. Растения, оставаясь на месте, защищаются от вредных воздействий, образуя плотные покровы, кору, колючки, и добывают пищу из воздуха путем синтеза органических веществ из углекислоты и воды за счет энергии солнечных луней. Их раздражимость проявляется главным образом в реакциях процессов обмена веществ и роста. У животных же раздражимость проявляется главным образом в чувствительном восприятии и тонкой оценке событий окружающего мира, на -основе которых совершаются необходимые ответные действия.

Проведение возбуждения. Нервная система животных позволяет в наиболее четком виде изучить процесс раздражения и проведения возникающего при этом возбуждения.

Раздражение нерва или нервного окончания дает начало потоку нервных импульсов, которые проводятся по нервным волокнам к нервным центрам и ют них к исполнительным - органам. Скорость проведения нервных импульсов имеет исключительно важное значение в жизни животных. Ясно, такие преимущества в борьбе за существование получает тот, кто может быстрее уклоняется от зубов хищника и раньше нанести -ответный удар врагу.

Нарастание скорости проведения возбуждения происходило неодинаково для различных нервных путей в организме животных. Наибольшая скорость приведения возбуждения развилась в нервных образованиях, передающих сигналы о событиях окружающего мира и управляющих движениями. Гораздо медленнее осуществляется управление работой внутренних органов. Например, у лошадей нервные импульсы к мышцам ног передаются по двигательным нервам со скоростью около 100 м/с, а импульсы, приводящие в действие желудочные железы, распространяются по блуждающему нерву се скоростью всего лишь 2-3 м/с. Это и понятно, так как быстрота бега может быть решающей для жизни, а переваривание пищи не требует такой срочности.

Электрическая активность возбудимых тканей. В проведении нервных импульсов по нервам и возбуждении нервных клеток мозга можно судить по электрическим потенциалам, которые возникают при деятельности всех возбудимых тканей. Их изучение ведет начало от наблюдении итальянского врача Тальвани, который хотел посмотреть, как действует гроза на нервы и мышцы. Для этого он отпрепарировал лапки лягушки и мёдной проволокой, подвесил их за позвоночник к железным перилам балкона. Гроза не начиналась, ветер начал раскачивать препарат, и каждый раз, когда пальцы ланок качались железных перил, замыкая цепь, лапки вздрагивали как от удара электрического тока. Гальвани объявил об открытии животного электричества, но физик Вольта показал, что ток здесь возникает между разными металлами. В дальнейших опытах без участия металлов было установлено, что, действительно нервы, мышцы и другие возбудимые ткани сопровождают свою деятельность генерацией электрических токов.

Выработка электричества служит некоторым живым существам средством защиты и нападения. Так, у некоторых рыб развиваются специальные электрические органы, которые состоят из большого числа ячеек, своеобразных "живых элементов", последовательно соединенных в столбики, образующие параллельные ряды. От числа последовательно соединенных ячеек зависит напряжение, а от количества параллельно соединенных столбиков - сила тока. В реках Южной Америки живет электрический угорь, способный, генерировать тек напряжением 800-900 В с такой, силой, что сбивает с ног лошадь. Обитающий в Африке нильский длиннорыл роется в речном иле и не видит ничего вокруг, но при попытке к нему приблизиться быстро ускользает. Он пользуется своеобразной электрической сигнализацией, которая состоит в том, что длиннорыл создает в окружающей воде электрическое поле, изменение которого при приближении чего-либо улавливается рыбкой.

По электрическим потенциалам, сопровождающим потоки импульсов в нерве, измеряют скорость проведения возбуждения в нервах разных животных, а запись электрической активности мозга (электроэнцефалограмма) позволяет определить функции его основных структур и диагностировать его заболевание.

Метод электрокардиографии (ЭКГ - регистрация электрической активности сердца) позволяет судить о последовательности распространения возбуждения по сердцу и оказывает практической медицине неоценимую услугу в вопросах диагностики нарушений его работы.

Развитие нервной системы и врожденного поведения у животных

Диффузная (сетевидная) нервная система. В стоячей воде прудов нетрудно найти прикрепившуюся к листьям водных растений маленькую гидру. Ее можно пересадить в банку с водой и она, прикрепившись к стенке, начнет вытягивать свои щупальца в поисках добычи. Если прикоснуться к щупальцу концом тонкой расщепленной соломинки, то гидра быстро его втянет. Более сильное механическое воздействие вызовет втягивание не только раздраженного, но и соседних щупалец. Сигналы от места раздражения к мускулатуре других щупалец передаются нервной системой гидры. Гидры, как и другие кишечнополостные животные, имеют диффузную нервную систему, состоящую из сети нервных клеток, пронизывающей все тело.

В зависимости от силы раздражения, возникающие нервные импульсы проводятся от клетки к клетке на меньшее или большее расстояние, приводя в действие разные группы мышц. При этом нервные окончания обнаруживают разную чувствительность к раздражителям разного биологического значения. Так, актиния схватывает щупальцами и проталкивает в ротовое отверстие рыбку, которой она питается, но выбросит палочку или другой несъедобный предмет, поднесенный к ее щупальцам.

Диффузная организация нервных клеток сохранилась в некоторых отделах нервной системы высших животных. Например, стенки желудка и кишечника пронизаны сплетениями нервных клеток, которые участвуют в местном управлении перистальтическими движениями.

За последнее время большой интерес вызвало изучение звуков, издаваемых рыбами. Оказывается, поговорка "немой, как рыба" неверна. При помощи чувствительных приборов удалось записать "голоса" рыб. Так, в Черном море водятся рыбы, называемые морскими петухами, которые во. время бегства от опасности издают звуки наподобие хрюканья или кудахтанья. Голосовым органом рыб является их плавательный пузырь. По-видимому, звуки служат предостережением для других рыб в случае опасности или призывом для особей другого пола.

Особый интерес вызывают исследования звуков, которые рыбы издают при поедании пищи и бегстве от опасности. Делаются попытки использовать записи этих звуков, чтобы управлять поведением промысловых рыб, например "заманивать" их в орудия лова-.

Рыбы оказались очень чувствительными не только к звуковым сигналам, но и к свету. На этом основаны некоторые приемы лова рыбы. Например, при лове сайры и сельди мощные источники света используются для привлечения косяков рыбы.

Ганглионарная (узловая) нервная система. По мере развития органов движения и органов чувств нервные клетки, управляющие работой мышц и перерабатывающие информацию о событиях окружающего мира, собираются в анатомически оформленное образование - центральную нервную систему. У беспозвоночных животных центральная нервная система образована нервными узлами, или ганглиями, каждый из которых иннервирует определенную часть тела.

Можно разрезать обыкновенного дождевого червя пополам, и каждая половина тела будет вести себя как целое животное. Они будут ползать, сжиматься в ответ на прикосновение, вырываться при схватывании и т. д. Все эти рефлексы червя осуществляются через местные узлы нервной цепочки, которая тянется вдоль всего его тела.

Дождевые черви чрезвычайно полезные животные, способствующие обновлению почвы и повышению ее плодородия. За один год черви на площади 1 га перерабатывают и обогащают, органическими веществами более 20 т земли. Однако подземный образ жизни ограничил развитие их органов чувств и высших нервных центров. Поэтому голодные узлы нервной цепочки червя лишь немного отличаются от остальных ганглиев.

Условия жизни моллюсков более разнообразны, и сигналы от органов чувств, поступающие в головные ганглии, ставят последние в господствующее положение по сравнению с, остальными. Например, сигналы от глазков щупалец улитки об упавшей на них тени, что может означать приближение опасности, поступающие в головной ганглий, вызывают общий защитный рефлекс - улитка останавливается и скрывается в раковине.

Очень высокого развития достигают головные ганглии у головоногих моллюсков. Головной ганглий осьминога осуществляет координированные движения мощной мускулатуры грозных щупалец и управление их присосками.

Ганглионарный тип нервной системы достигает исключительного совершенства, в мире насекомых. Головные ганглии муравьев и пчел очень усложняются. В соответствии с условиями жизни каждого вида насекомых формируются сложные формы их видовых рефлексов, которые являются основой инстинктивного поведения. Такие инстинкты настолько точно и целесообразно приспосабливают поведение насекомого к определенным событиям жизни, что производят впечатление разумных поступков. Например, березовый трубковерт надрезает листья для кладки яиц по кривой линии, в точности соответствующей формуле Гюйгенса, по которой можно рассчитывать оптимальную выкройку материала для наиболее прочного свертка. Пчелы строят восковые соты для меда из ячеек, такой конструкции, которая обеспечивает теоретически наибольшую возможную емкость при наименьшей затрате материала.

При инстинктивном поведении, нервная система действует как автомат, настроенный по заранее заданной врожденной генетической программе на выполнение сложной цени рефлексов. В бесчисленном ряду поколений естественный отбор все более точно подгонял эту программу к условиям их жизни и сделал инстинкты основой поведения насекомых.

Однако недаром говорят, что "инстинкт слеп". Ограниченность инстинктов насекомых наглядно проявляется на примере поведения пчел, продолжающих собирать мед в ячейки сотов даже после того, как в дне ячеек будут сделаны дырочки, через которые мед вытекает. Вид пустой ячейки является раздражителем, вызывающем, врожденный рефлекс опорожнения в нее зобика с медом. Движимые инстинктом пчелы продолжают эту бессмысленную работу.

Другим разительным примером "слепоты" инстинкта насекомого может служить поведение осы, готовящейся к откладке яиц. Она нападает на кузнечика, но не убивает его, а лишь парализует, вкалывая с удивительной точностью свое жало в его двигательные нервные центры. Затем она хватает обездвиженного кузнечика за усик, втаскивает в норку и откладывает яйца на этой живой пище для будущих личинок. Но первое впечатление о разумности такого поведения сразу исчезает, стоит только немного вмешаться в действия осы, например, отрезать у парализованного кузнечика усик, за который она его схватывает. Хотя оса вполне могла бы тянуть кузнечика за лапку, но программа инстинктивных действий настолько постоянна и ограниченна, что, не найдя привычного раздражителя, оса не может осуществить очередной рефлекторный акт втягивания кузнечика в норку и, побегав вокруг него, улетает в поисках другой жертвы.

Изучение инстинктов насекомых позволяет определить ожидаемую от них пользу или вред и соответственно проводить мероприятия по их разведению или уничтожению. Например, знание поведения и условий жизни пчел необходимо для культурного .пчеловодства. С другой стороны, для успешной борьбы с вредителями сельского хозяйства также необходимо знать их инстинкты.

Большое практическое значение приобретают так называемые биологические методы борьбы с вредными насекомыми путем их истребления с помощью других насекомых. Например, чтобы спасти фруктовые деревья, пораженные плодожоркой, в сады приносят гнезда рыжих лесных муравьев, которые уничтожают гусениц плодожорки. Для уничтожения черепашки - вредителя хлебных посевов - успешно пользуются помощью наездников теленомусов, которых специально разводят для этой цели. Всем знакомая божья коровка может быть хорошим помощником в борьбе с тлями, высасывающими соки из растений.

Нервная система рыб. У позвоночных животных возникает и развивается центральная нервная система в виде сплошной мозговой трубки.

Такая организация нервных центров позволила совместить местное рефлекторное управление частями тела с координацией деятельности организма как целого. При этом чрезвычайно возрастает роль головного мозга, тесно связанного проводящими путями со всеми отделами нервной системы.

В головном мозге рыб наиболее развиты задний и средний отделы, что связано с особенностями их образа жизни. Так, у форели, обитающей в прозрачной воде горных рек, особое развитие получают, зрительные доли среднего мозга, а у карпа, разыскивающего пищу в мутной воде прудов, больше разрастаются' структуры заднего мозга, связанные с осязанием и вибрационной чувствительностью. Сложность движения, необходимая для поддержания равновесия рыб. в воде, вызвала чрезвычайное развитие мозжечка, который приобретает у них ведущее значение. Передний мозг рыб играет роль главным образом центра вкуса и обоняния и наиболее развит у хищной акулы, которая нападает на след добычи по запаху.

С помощью головного мозга совершается сложная рефлекторная деятельность, лежащая в основе инстинктивного поведения рыб. С поразительной силой проявляется инстинкт размножения у лососевых. Устремляясь, из морей в реки на нерест, лосось преодолевает встречные течения, прыгает через камни на порогах и даже взбирается на водопады. Он борется с препятствиями, на своем пути до полного истощения сил.

Электрический ток вызывает у рыбы очень интересную реакцию. Она поворачивается так, чтобы силовые линии тока располагались вдоль длины ее тела, и плывет по направлению к положительному полюсу источника тока. Эту реакцию пробуют также использовать для лова рыбы, особенно там, где нельзя применить обычные средства, например в зарослях водных растений. Электролов, как наименее повреждающий рыбу, применяют, при вылове отборных экземпляров для перевозки и заселения других водоемов или для кольцевания с целью изучения процессов роста и прослеживания путей миграций рыб. Пробуют также использовать реакции рыб на электрический ток, Чтобы не допускать их к опасным местам гидротехнических сооружений и направлять в рыбоподъемники на плотинах.

Нервная система птиц. Поддерживая свое тело в воздухе движениями крыльев, птица быстро охватывает взглядом все происходящее на большой территории и в зависимости от обстоятельств устремляется за добычей или обращается в бегство от хищника. В соответствии с таким образом жизни в головном мозге птиц особенное., развитие получили мозжечок и зрительные доли среднего мозга, осуществляющие координацию сложных рефлексов, из которых складывается инстинктивное поведение.

Основные акты пищевого и оборонительного инстинктивного поведения цыпленка формируются еще во время его, развития в яйце. Еще находясь в яйце, цыпленок проявляет ряд рефлексов целесообразного поведения. Так, писк выклюнувшегося из яйца цыпленка вызывает энергичные движения остальных, еще заключенных в скорлупе цыплят.

Новорожденный цыпленок сразу начинает клевать крошки и зерна. Этот врожденный пищевой рефлекс вызывается их, видом. Если нарисовать на листе белой бумаги черные точки и посадить на бумагу только что вылупившегося цыпленка, то он будет клевать нарисованные точки. Клевательный рефлекс вызывается также движениями клюва наседки. Поэтому при кормлении маленьких цыплят часто с успехом прибегают к такому приему, как постукивание по зерну, насыпанному перед ними.

Врожденные рефлексы у птиц оказываются очень специализированными. Пищевой инстинкт птиц направляет их на уничтожение многих насекомых и их личинок, являющихся опасными вредителями культурных растений. Например, один грач за день может истребить до 500 личинок опасного вредителя посевов - жука-щелкуна. Скворцы, грачи, синицы, дятлы, ласточки, поползни, горихвостки на полях и в лесу - верные помощники человека, заслуживающие его защиты.

У птиц чрезвычайно сильно выражены рефлексы смены бодрствования и сна под влиянием света и темноты. Как известно, куры просыпаются с рассветом, а с наступлением темноты засыпают на насесте. Вся их пищевая, половая и другие, виды активной деятельности укладываются в дневные часы. Для повышения продуктивности кур на некоторых птицеводческих фермах вводится так называемый продленный световой день, особенно осенью и зимой, когда солнце поздно встает и рано заходит. Тогда в курятнике включают лампы дневного света на 2-3 ч ранним утром до рассвета и после захода солнца. За счет пищевой и половой деятельности в это дополнительное время увеличивается нагул и яйценоскость кур. На таблице 28 приведены результаты введения продленного светового дня на одной из птицеферм.

Нервная система млекопитающих. Ведущим направлением прогресса головного мозга млекопитающих становится развитие-переднего мозга с его обонятельными центрами. Кора с ближайшими подкорковыми образованиями в ходе эволюции специализируется на функциях высшей нервной деятельности и обгоняет в своем развитии остальные отделы головного мозга. Усложняется и характер нервной деятельности животных.

В больших полушариях головного мозга млекопитающих выделяются высокоорганизованные нервные структуры, осуществляющие анализ внешних раздражений, их синтез и формирование актов целесообразного поведения. Организация этих-структур отражает образ жизни животных и особенности приспособительного поведения, сложившегося в процессе эволюции. Например, мозг дельфина достиг очень высокой степени развития в результате того, что это млекопитающее животное приспособилось к сложным условиям жизни в море.

Развитие мозга хищных отражает особенности условий их жизни, требующих обостренного восприятия событий внешнего мира, быстрого обнаружения признаков добычи или приближения более сильного хищника. Так, в коре мозга собаки или кошки выявляется четкое разделение областей коры больших полушарий, специализировавшихся на анализе зрительных, слуховых, кожных, обонятельных и других раздражителей. Различие функций этих корковых областей накладывает отпечаток на их строение. Они различаются составом и расположением нервных клеток.

Мозг обезьян претерпел резкие изменения в результате того, что в отличие от всех других животных их конечности перестали быть только органами передвижения, а стали использоваться для схватывания разных предметов и действий с ними. В связи с этим в; больших полушариях мозга особенно развиваются передние отделы, где. располагаются центры мышечного чувства и тонкого управления сложными движениями. Поэтому инстинктивное поведение обезьян отличается высоким развитием сложных врожденных рефлексов хватания и исследовательского манипулирования попадающимися предметами. Дальнейшая эволюция этой тенденции развития -нервной системы человекообразных обезьян создала биологические предпосылки для развития мозга человека.

Источник: Хрипкова А. Г. и др. Физиология животных: Учеб. пособие по факультатив. курсу для учащихся IX-X кл. / А. Г. Хрипкова, А: Б. Коган, А. П. Костин; Под ред. А. Г. Хрипковой. - 2-е изд., перераб.- М.: Просвещение, 1980.-192 с., ил.; 2 л. ил.