De hele reeks vormen van adaptieve reacties van levende organismen is verdeeld in twee groepen. Instincten hebben zich ontwikkeld als aanpassingen aan constante en periodieke omgevingsverschijnselen.
De tweede groep verenigt de soorten gedrag die dieren hebben gevonden in het individuele leven, meer bepaald wat elk beest heeft begrepen en geleden met zijn eigen geest. Deze reacties helpen het lichaam zich aan te passen aan onverwachte, snel veranderende bestaansomstandigheden.
Beide vormen van adaptieve activiteit omvatten opeenvolgende reeksen acties gericht op het bereiken van gunstige resultaten voor organismen. Het programmeren van dergelijke acties binnen een aangeboren en verworven activiteit kan echter op verschillende manieren worden uitgevoerd.
Gouden eieren van wesp en Aplis slak
In de regel is instinctieve activiteit gebaseerd op rigide programma's. De uitmuntende Franse natuuronderzoeker J. Fabre bestudeerde het leven van insecten en vestigde de aandacht op een interessante vorm van instinctief gedrag van de geelvleugelige wesp - sphex.
In een bepaald ontwikkelingsstadium van deze wespen begint onder invloed van interne hormonale veranderingen en omgevingsfactoren (voornamelijk luchttemperatuur en daglengte) de rijping van de eieren. Ze moeten ook worden uitgesteld. Dit stadium van gedrag van de vleesetende wesp is een typisch voorbeeld van instinctieve activiteit.
De wesp begint met het graven van een bepaalde vorm op een afgelegen plek. Vervolgens vliegt het weg om te jagen op wild, dat als voedsel voor de larven moet dienen zodra ze uit eieren komen. Het spel voor sfex is een veldkrekel. Sfex detecteert een krekel en verlamt deze met krachtige steken in de zenuwknopen. Hij trekt hem naar het gat, de wesp verlaat hem bij de ingang, ze gaat zelf naar het gat om de situatie te controleren.
Nadat hij ervoor heeft gezorgd dat er geen vreemden in het gat zijn, sleept de wesp zijn prooi daarheen en legt zijn eieren op zijn borst. Ze kan ook nog een paar krekels in het gat slepen om de ingang ermee af te sluiten. Dan vliegt ze weg en ze zal niet terugkeren naar deze plek.
Als je zorgvuldig alle stadia van het gedrag van een wesp overweegt, zul je merken dat al zijn bewegingen worden ingezet volgens een uniek programma dat ondergeschikt is aan een enkel resultaat - het leggen van eieren. Wetenschapper J. Fabre duwde de krekel vele malen terug, die de wesp bij de ingang achterliet tijdens de inspectie van het gat. In dit geval, nadat hij uit het gat was gekomen en merkte dat de prooi te ver weg was, greep de wesp hem weer vast, trok hem naar de ingang en daalde vervolgens het gat in, maar opnieuw alleen. De wesp herhaalde onvermoeibaar alle acties: hij sleepte de krekel, liet hem vallen, controleerde de nerts en keerde daarna weer terug.
Dus, in het gedrag van een wesp, bepaalt elk eerder resultaat van zijn activiteit, gericht op het bereiken van een mijlpaalresultaat, de ontwikkeling van de volgende actie. Als de wesp geen signaal ontvangt over de succesvolle voltooiing van de vorige fase, zal hij nooit doorgaan naar de volgende.
Dit alles suggereert dat het gedrag van de wesp is gebouwd volgens een strikt programma. Het wordt veroorzaakt door innerlijke behoefte, motivatie. Maar de uitvoering van het programma wordt bepaald door de gefaseerde en uiteindelijke resultaten van de adaptieve activiteit van het dier. Wat het is, laten de volgende observaties zien. Nadat de wesp de ingang heeft ommuurd, kun je haar inspanningen letterlijk voor haar ogen vernietigen. Het lot van de eieren is niet langer interessant voor de wesp, omdat zijn missie is voltooid.
Dit hele programma wordt bepaald door erfelijke mechanismen. De afstammelingen van de wesp zullen hun ouders immers nooit ontmoeten en ook niets van hen leren. Deze erfelijke mechanismen treden echter alleen in werking bij aanwezigheid van bepaalde omgevingsfactoren. Als de wespen ze niet vinden, zeg maar zachte grond voor nertsen, raakt de hele reeks acties in de war en breekt. En dan sterft een hele populatie wespen in deze noodlottige plaats.
Het lijkt erop dat alle vormen van instinctieve activiteit worden gebouwd.Dit werd bevestigd door wetenschappers die op alle continenten en in de afgrond van de zeeën en oceanen de manieren en gewoonten van gevleugelde, viervoetige, geschubde, vinpotigen, grondbewegingen en onze andere buren op de planeet bestudeerden.
Hoe groter de verscheidenheid van het instinctieve gedrag van dieren aan de mens werd onthuld, des te boeiender werd hij tot hem aangetrokken door het grootste geheim van de levende natuur. Wat zijn de interne eigenschappen van de lichaamsinstincten? Na opening in 1951-1953. J. D. Watson, F. Crick en M. Wilkins van de structuur van DNA, deze vraag is geconcretiseerd en nu klinkt het als volgt: hoe wordt aangeboren gedrag gecodeerd in genen en hoe beheersen ze het?
Het meest levendige en informatieve antwoord op deze vraag werd gegeven door een groep Amerikaanse neurowetenschappers onder leiding van E. Candel. Ze onderzochten hetzelfde gedrag bij aplizia-zeeslakken als bij sfex - het leggen van eieren. Het leggen van aplizia-eieren, zo vertellen de deelnemers aan deze experimenten, is een koord met meer dan een miljoen eieren. Zodra onder invloed van samentrekkende spieren van het kanaal van de hermafrodiete klier, waar bevruchting plaatsvindt, de eieren naar buiten worden geduwd, stopt de slak met bewegen en eten. Haar ademhaling en hartslag nemen toe.
De slak pakt met zijn mond een koord eieren en beweegt zijn kop, helpt hem uit het kanaal en draait hem vervolgens in een streng. Tenslotte bevestigt het dier met een beweging van het hoofd het metselwerk op een stevige ondergrond.
E. Kandel en I. Kupferman vonden in het abdominale ganglion (d.w.z. de ophoping van neuronen) aplisia zogenaamde axillaire zenuwcellen. Er werd een extract van verkregen en in het lichaam van andere slakken geïntroduceerd. En het bleek dat de kracht van sommige stoffen uit dit extract op het gedrag van de weekdieren zo groot was dat de slakken meteen hun eieren begonnen te leggen, ook al was hun rijpheid nog niet gekomen. Bovendien maakten onbevruchte slakken, nadat ze zo'n extract hadden gekregen, afzonderlijke bewegingen van het eierlegritueel.
Wetenschappers zijn geïnteresseerd in de stoffen die deel uitmaken van het actieve principe van het extract van okselcellen. Het bleken 4 peptiden te zijn (d.w.z. korte ketens van aminozuren), waarvan er één GOY heette - het leghormoon. Merk op dat deze ontdekking geen complete verrassing was. Naast andere biologisch actieve stoffen worden peptiden nu het meest intensief bestudeerd.
Inderdaad, deze minuscule eiwitten, die in verwaarloosbare hoeveelheden werken, reguleren bijna alle vitale processen van het lichaam: voeding, ademhaling, secretie, reproductie, thermoregulatie, slaap, enz. Het aantal peptiden dat uit verschillende weefsels is geïsoleerd, heeft er al meer dan 500. worden gesynthetiseerd in zenuwweefsel en sturen het gedrag rechtstreeks aan.
De rol van de "axillaire" aplizia-peptiden was ook dezelfde. Amerikaanse wetenschappers vonden 7 neuronen in het aplsia-zenuwstelsel, waarop deze peptiden het krachtigste en selectiefste effect hebben. Volgens biologen werken deze 7 cellen als commando-neuronen. Met andere woorden, ze controleren de rest van de aplisia zenuwcellen die deel uitmaken van het functionele systeem dat zorgt voor het leggen van eieren. Bij elke aplose beginnen deze cellen onder invloed van 'axillaire' peptiden tegelijkertijd elektrische impulsen te genereren, en het geluid van hun elektrische 'spraak' is in dit geval totaal anders dan in andere gevallen wanneer deze neuronen een elektrische 'stem' geven.
Naast het lanceren van deze commando-neuronen, hadden de vier peptiden van okselcellen ook andere beroepen die nauw met elkaar verbonden waren omwille van één uiteindelijk doel: het leggen van eieren. Eén peptide vertraagt de hartslag. Een ander snijdt het kanaal van de hermafrodiete klier zodat het koord naar buiten komt. De derde onderdrukt de eetlust van de slak, zodat de vraatzuchtige moeder niet op haar eigen nageslacht dineert.
Uit het voortplantingssysteem van het slakkenhuis isoleerden F. Strumwasser en zijn collega's nog 2 peptiden. Ze werden peptide A en peptide B genoemd.Zij waren het die de okselcellen dwongen de vier zojuist beschreven peptiden af te scheiden. Dankzij deze ontdekking zijn de mechanismen voor het lanceren van een functioneel legsysteem duidelijker geworden.
Zo werd bevestigd dat het de peptiden zijn die de zenuwcellen "zenuwen" tot één werkassociatie, door uit de verzameling van mogelijke neuronverbindingen die welke onderhevig zijn aan hun werking te selecteren, en deze op te nemen in functionele systemen. Samen met neuronen combineren peptiden ook perifere cellen tot een gemenebest. Als resultaat van de peptide-gecoördineerde activiteit van dit hele enorme celensemble, wordt een nuttig gedragsresultaat behaald.
Het lijkt erop dat alles hier logisch en attent is. Maar in feite bleef een zeer belangrijk probleem onopgelost totdat neurowetenschappers gingen werken met gedecodeerde genen.
Door wiens 'volgorde' begonnen de vier peptiden in strikte volgorde door de axillaire cellen te worden uitgescheiden? Onder invloed van peptiden A en B? Natuurlijk. Maar deze stoffen lanceerden tenslotte alleen een mysterieus mechanisme in de okselcellen. Dus hoe handelt hij?
Deze vraag is erg belangrijk. Het was tenslotte deze volgorde en evenredigheid waard bij de toewijzing van peptiden, en het was erop gebaseerd dat de harde programmering van het instinctieve gedrag van aplisia was gebouwd, althans op een of andere manier te breken, en ze wilde geen eieren leggen. Dit zou natuurlijk ook gebeuren met sphex, waar ook het "handschrift" van een groep peptiden wordt geraden.
Neurowetenschappers hebben eerst gesuggereerd en vervolgens bewezen dat de aard van de synthese van peptiden van één functionele groep één en hetzelfde gen of ten minste meerdere genen toevertrouwt, maar nauw met elkaar verbonden is door een gemeenschappelijke regelgevingsmechanismen.
Met behulp van genetische manipulatiemethoden hebben Amerikaanse onderzoekers de nucleotidesequentie voor de drie aplisia-genen geïdentificeerd en volledig vastgesteld. De eerste "printte" in een strikt gedefinieerde volgorde de vier peptiden van okselcellen. Twee andere genen synthetiseerden peptiden A en B. Analyse van de nucleotidesequentie van deze genen onthulde dubbele plaatsen. Dit geeft aan dat alle drie de genen afkomstig zijn van dezelfde voorloper. Tijdens de evolutie was hij waarschijnlijk gemuteerd. Het aantal exemplaren van dit gen kan bijvoorbeeld toenemen (dupliceren). Door nieuwe mutaties die reeds nieuw gevormde genen aantasten, begonnen ze hun eigen evolutie. Dientengevolge leidde duplicatie van genen door de vorming van nieuwe peptidefamilies tot een toename van het aantal lichaamsfuncties, bijvoorbeeld aangeboren gedragsprogramma's.
Het belang van dit werk voor de biologie is moeilijk te overschatten. Het was mogelijk om het idee van een systeemvormende rol voor peptiden te ontwikkelen en voort te zetten. Het werd duidelijk hoe ze de werking van "algemene verzamelaars" van functionele gensystemen op verschillende cellen mediëren. Het evolutionaire pad van genetische mutaties naar de vermenigvuldiging en complicatie van instinctieve gedragsprogramma's is duidelijker geworden.
Hoe verleidelijk deze hypothesen ook waren, ze moesten nog steeds worden bevestigd op andere dieren dan aplisia. Alleen dan kon men spreken van de universaliteit in de natuur van het principe van controle over de gehele lichaamsreactie van één gen dat codeert voor een groep functioneel verbonden peptiden. En dit is al gedaan.
Amerikaanse wetenschappers N.I. Tublitz en zijn collega's bewezen dat verschillende onderling verbonden genen coderen voor een groep van peptiden die het laatste stadium van de metamorfose van tabaksmot regelen - het verlaten van een insect uit een pop. Dit zware gedragsprogramma lanceert één groot peptide. Het wordt gesynthetiseerd in het zenuwstelsel en begint twee en een half uur voor het uitkomen van de mot in het bloed te worden vrijgegeven. Het insect klimt uit de pop en spreidt zijn vleugels uit. Drie andere peptiden beheersen deze processen. Twee van hen helpen de bloedvaten van de bloedvaten te vullen, van waaruit het in de bloedvaten van de vleugels stroomt en ze verspreidt.Het derde peptide werkt in op het bindweefsel van de vleugels. Terwijl ze rechttrekken, geeft hij ze plasticiteit, en dan - constante stijfheid.
Van 1980 tot 1983 werd in de laboratoria van Professor S. Num (Japan) en Dr. P. Seburg (VS) de sequentie bepaald van het gen dat het preproopiomelanocortine-eiwit afdrukt. In de hersenen wordt dit enorme molecuul door enzymen in verschillende korte ketens gesneden - peptiden. Bij dieren en mensen vormen preproopiomelanocortinepeptiden een enkelvoudig functioneel systeem. We zijn allemaal bekend met de actie. Dankzij haar reageert ons lichaam op sterke en onverwachte prikkels met een aangeboren reactie - stress.
Eén peptide uit de preproopiomelanocortinefamilie verhoogt de secretie van glucocorticoïde bijnierhormonen. Ze verhogen op hun beurt de bloedcirculatie in de spieren, versterken hun contractiliteit en verhogen de bloedglucose. Een ander peptide stimuleert de afbraak van vet. Door glucose en vetten wordt energie gemobiliseerd. Het derde peptide verhoogt de insulinesecretie en zorgt voor het gebruik van glucose door weefsels. De vierde dooft de pijn. Dat is de reden waarom zelfs ernstige verwondingen tijdens opwinding, stress, we niet meteen merken. Zo maakt de natuur het voor levende wezens in een extreme situatie mogelijk om het belangrijkste te voltooien en vervolgens "zelfgenezing" te doen. Ten slotte verhoogt het laatste peptide de aandacht en het niveau van waakzaamheid van de hersenen, wat ook nuttig is in elke levenssituatie.
Dus echt "gouden eieren" brachten wetenschappers sphex en aplizia. Door het gedrag van een vleesetende wesp in de vorige eeuw te observeren, ontdekte J. Fabre de belangrijkste externe wetten van aangeboren gedrag. Na ongeveer een eeuw hebben Amerikaanse neurowetenschappers in het algemeen het moleculair genetische mechanisme geschetst waardoor de hersenen programma's van aangeboren gedrag opslaan en implementeren.
Het werk in deze richting is echter nog maar net begonnen. Het aangeboren gedrag van zoogdieren, het uiteindelijke doel van alle studies van de hersenwetenschap, is immers nooit zo hard gecodeerd als de reacties van sphex, aplisia of tabaksmot. De betekenis van omgevingsfactoren die J. Fabre waarnam bij het observeren van een roofwesp is veel groter bij het instinctieve gedrag van warmbloedige dieren. En daarom zijn de principes van genetische controle ingewikkelder, plastischer en in sommige opzichten al anders.
