Савельев. Происхождение мозга
 Скачать 1.82 Mb.
|
|
345 350 Теория переходных сред В основе эволюции нервной системы позвоночных лежат общие морфологические закономерности. Они сводятся к количественным и качественным изменениям в центральной и периферической нервной системе. Однако в отличие от других систем организма, любые структурные изменения вызывают глубокую перестройку поведения. Результатом становится изменение форм взаимодействия организма с внешней средой. Новые морфофункциональные свойства нервной системы не всегда приводят к положительным результатам. Одни из этих свойств становились основой для кратковременного процветания группы или тупиковой специализации, другие давали позвоночным возможность освоить бескрайние ресурсы и открывали перспективные пути эволюции. В естественной истории нервной системы были и остаются морфологические решения, обрекающие своих владельцев как на неизбежное вымирание, так и на процветание. Большинство современных животных представляют собой образцы более или менее удачных, но тупиковых адаптаций. Их исчезновение было предопределено в момент начала структурной специализации нервной системы. Нервная система обладает одним примечательным свойством: она может практически мгновенно изменить поведение животного и физиологическую активность его органов, а затем столь же быстро восстановить исходную ситуацию. Обратимость быстротечных и абсолютно необходимых изменений делает её бесценным инструментом в биологическом мире. Однако диапазон возможных перестроек нервной системы ограничен её структурой. Мозг может предоставить только тот набор инстинктивных или ассоциативных решений, который обеспечен сенсомоторными системами организма. Медведь не станет махать лапами, даже если реально сможет взлететь. На такие поступки легко решается только цивилизованный человек, поскольку его мозг почти утратил связь с реальным миром планеты. Иначе говоря, все позвоночные животные оказываются пленниками эволюционного прошлого своей нервной системы. Позволяя животным быстро приспосабливаться к сиюминутным изменениям окружающей среды, мозг формирует своеобразные скрытые рамки предельно возможных изменений. Именно эти рамки и предопределяют пределы обратимых адаптивных изменений поведения конкретного вида. Морфологическая эволюция нервной системы необходима как инструмент по расширению границ адаптивных возможностей. Структурные изменения мозга снимают ограничения с одних поведенче- 351 357 Рис. III-28. Морфологическая организация мозга позвоночных различных систематических групп. Выше горизонтальной голубой стрелки, обозначающей древние связи между отделами мозга, расположены грибовидные ассоциативные центры отдела, ниже — результаты функциональной специализации. Красные стрелки показывают связи ассоциативного центра, зелёные — древние взаимодействия между отделами. Объяснения в тексте. 358 совершенным набором неврологических структур и эффективным ассоциативным центром. С его помощью решались проблемы поиска пищи, конкуренции, избегания опасности и др. Когда наступал период размножения, весь мозг подчинялся новой корковой структуре в стенке переднего мозга. Она стала специализированным центром управления половым поведением, которого не было ни у кого из позвоночных до рептилий. Таким образом, мозг архаичных рептилий стал совершеннейшей системой для решения самых главных биологических задач любого вида — выживания и размножения. Для каждой задачи появилась собственная интегративная система, которая в состоянии перенацелить весь организм рептилий на её решение. С таким поведенческим ресурсом рептилии вышли из своей агрессивной колыбели и очень быстро стали доминирующей группой на планете. Возникновение мозга птиц нельзя считать принципиальным эволюционным событием, связанным с качественной перестройкой мозга. Птицы, вероятно, должны были исчезнуть вскоре после своего появления. Это была тупиковая адаптивная специализация, которую спасла утрата обоняния. Огромный неврологический субстрат обонятельной системы достался архаичным птицам из-за смены пищевых пристрастий. Перейдя к питанию в мелководных заводях или с плавника, они перестали использовать обоняние в качестве ведущей системы афферентации. Основной анализаторной системой стало зрение, а дополнительной — слух (см. § 43). Добывая пищу в воде, архаичные птицы передвигаться на задних конечностях, что постепенно привело к значительному снижению нагрузки на передние конечности и частичной рудиментации кисти. Роль переходной среды в этом случае играло богатое пищей прибрежное мелководье, которое сохранило притягательность для птиц до настоящего времени. Хотя узкая специализация птиц гарантировала им быстрое вымирание, переход к плаванию и нырянию за пищей привёл к развитию крылоподобных передних конечностей. На этом этапе эволюции птиц, по-видимому, появились пингвины, которые никогда не летали. Ныряние и плавание с использованием передних конечностей создали физические условия для развития полых костей, мощных грудных мышц, системы воздушных мешков лёгких и перьевого покрова. Судя по всему, добывание пищи в холодных водах стало одним из основных стимулов к обретению теплокровности. Крылоподобные плавательные конечности использовались не только для плавания. Древние птицы применили машущие движения передних конечностей для своеобразного «бега по воде», который стал переходной фазой к активному полёту (см. § 44). 359 Рис. III-29. Переходные среды в эволюции мозга позвоночных.  а-г — происхождение хордовых в илистых мелководьях; д-ж — выход на сушу через водно-воздушные лабиринты; з, п — возникновение амфибий и рептилий в карбоновых растительных завалах; к-н — формирование птиц в водной среде; п-т — появление млекопитающих в кронах деревьев; и, о — специализация рептилий. 360 362 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Барнc Р., Кейлоу П., Олив П., Голдинг Д. Беспозвоночные: Пер. с англ. - М.: Мир, 1992. Беклемишев В.Н. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных. Т. 1. - М.: Наука, 1964. Гессе Р. Тело животного как самостоятельный организм. - СПб: изд-во А.Ф. Девриена, 1913. Дьюсбери Д. Поведение животных: Пер. с англ. - М.: Мир, 1981. Заварзин A.A. Избранные труды. Т. 3. - М.-Л.: изд-во АН СССР, 1950. Иванов A.B. Современная эволюционная морфология. - М.: Наука, 1991. Иванова-Казас О.М. Морфогенетические процессы при разных типах размножения и в ходе регуляций. - Л.: изд-во ЛГУ, 1974. Иванова-Казас О.М. Сравнительная эмбриология беспозвоночных животных. Низшие хордовые. - М.: Наука, 1978. Иванова-Казас О.М. Эволюционная эмбриология животных. - СПб: Наука, 1995. Курочкин E.H. Новые идеи о происхождении и ранней эволюции птиц // В кн.: Достижения и проблемы орнитологии Северной Евразии на рубеже веков. - Казань, 2001. - С. 68-96. Кэрролл Р. Палеонтология и эволюция позвоночных: Пер. с англ. - М.: Мир, 1992. Ливанов H.A. Пути эволюции животного мира. - М.: Сов. наука, 1955. Малахов В.В. Современная эволюционная морфология. - Киев: Hayкова думка, 1991. Миклухо-Маклай H.H. Собрание сочинений. Т. 3, ч. 2. - М.-Л.: изд-во АН СССР, 1952. Петропавловский НМ. Материалы к изучению весовых отношений паренхиматозных органов у животных. - Харьков, 1904. Ромер А., Парсонс Т. Анатомия позвоночных: Пер. с англ. - М.: Мир, 1992. Савельев СВ. Формообразование мозга позвоночных. - М.: изд-во МГУ, 1993. Савельев СВ. Стереоскопический атлас мозга человека. - М.: Ареа-17, 1996. Савельев СВ. Введение в зоопсихологию. - М.: Ареа-17, 1998. Савельев СВ. Сравнительная анатомия нервной системы позвоночных. - М.: Гэотар-мед, 2001. 363 Северцов А.Н. Собрание сочинений. Т. 3. - М.-Л.: изд-во АН СССР, 1945. Филимонов ИМ. Сравнительная анатомия большого мозга рептилий. - М,: изд-во АН СССР, 1963. Филимонов ИМ. Избранные труды. - М.: Медицина, 1974. Холодковский P.A. Учебник зоологии и сравнительной анатомии. - СПб: изд-во А.Ф. Девриена, 1914. Шимкевич В. Биологические основы зоологии. - М.-СПб: изд-во Т-ва М.О. Вольфъ, 1907. Шмидт-Ниельсен К. Физиология животных: Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. Шовен Р. Поведение животных: Пер. с англ. - М.: Мир, 1972. Anderson P.A.V. Evolution of the First Nervous Systems. - N.Y.: Plenum Press, 1990. - Vol. 188. - NATO ASI Series A. Barbanera F., Erra F., Banchetti R. Non-Adaptive Behaviour of Isotropically Heated, Inert Populations of Oxytricha bifaria (Ciliophora, Stichotrichia)// J. Eukaryot. Microbiol. - 2002. - Vol. 49, No. 1. - P. 54-62. Berrill N.J. The Origin of Vertebrates. - Lond.: Oxford Univ. Press, 1955. Bream J., Davis R.M. Rain, Wind- and Touch-Induced Expression of Calmodulin and Calmodulin-Related Genes in Arabidopsis // Cell. - 1990. - Vol. 60. - P. 352-364. Carroll R.L. Early Evolution of Reptiles // Annu. Rev. Ecol. Syst. - 1982. - Vol. 13. - P. 87-109. Choudhury S. Divorce in Birds: a Review of the Hypotheses // Anim. Behav. - 1995. - Vol. 50, No. 2. - P. 413-429. Cooper W., Burghardt G.M. Vomeroolfaction and Vomodor // J. Chem. Ecol. - 1990. - Vol. 16. - P. 103-105. Dodd J.M., Dodd M.H.I. Evolutionary Aspects of Reproduction in Cyclostomes and Cartilaginous Fishes // In: Evolutionary Biology of Primitive Fishes / Eds. R.E. Foreman ef a/. - N.Y.: Plenum Press, 1985. - P. 295-319. Dohrn A. Der Ursprung der Wirbeltiere und das Prinzip des Functionswechsel. - Leipzig: Verlag von F.C.W. Vogel, 1875. Edinger L. Bau der Nervosen Zentralorgane. - Leipzig: Verlag von F.C.W. Vogel, 1911. Fay R.R., Popper A.N. The Octavolateralis System // In: Functional Vertebrate Morphology / Eds. M. Hildebrand ef al. - Cambridge: Harvard Univ. Press, 1985. - P. 291-316. Foreman R.E., Gorbman A., Dodd J.M., Olsson R. Evolutionary Biology of Primitive Fishes. - N.Y.: Plenum Press, 1985. - Vol. 103. – NATO ASI Series A. 364 Gegenbaur С. Anatomie der Wirbelthiere. - Leipzig: Verlag von Wilhelm Engelmann, 1898. Griffiths M. The Biology of Monotremes. - N.Y.: Academic Press, 1978. Halpern M. The Telencephalon of Snakes // In: Comparative Neurology of the Telencephalon / Ed. S.O.E. Ebberson. - N.Y.: Plenum Press, 1980. Halpern M. The Organization and Function of the Vomeronasal System // Annu. Rev. Neurosci. - 1987. - Vol. 10. - P. 325-362. Hertwig O. Das Nervensystem und die Sinnesorgane der Medusen. -Leipzig: Verlag von F.C.W. Vogel, 1878. Hirakow R., Kajita N. An Electron Microscopic Study of the Development of Amphioxus, Branchiostoma belcheri tsingtauense: Cleavage // J. Morphol. - 1990. - Vol. 201. - P. 331-344. Huber J.C, Rucker W.B., McDiarmid CG. Retention of Escape Training and Activity Changes in Single Paramecia // J. Comp. Physiol. -1974. - Vol. 86. - P. 258-266. Hudspeth A.J. The Cellular Basis of Hearing: the Biophysics of Hair Cells // Science. - 1985. - Vol. 230. - P. 745-752. Iftode F., Prajer M., Frankel J. Nuclear and Cortical Regulation in Doublets of Paramecium: II. When and How do Two Cortical Domains Reorganize to One? // J. Eukaryot. Microbiol. - 2001. - Vol. 48, No. 6. - P. 690-712. Jameson E.W. Vertebrate Reproduction. - N.Y.: John Wiley and Sons, 1988. Janvier P. The Phylogeny of the Craniata, with Particular Reference to the Significance of Fossil «Agnathans» // J. Vert. Paleont. - 1981. - Vol. 1. - P. 121-159. Jefferies R.P.S. The Ancestry of Vertebrates. - Lond.: British Museum, 1986. Jollie M. Segmentation of the Vertebrate Head // Am. Zool. - 1977. - Vol. 17. - P. 323-333. Jollie M. What are the «Calcichordata»? and the Larger Question of the Origin of Chordates // Zool. J. Linn. Soc. - 1982. - Vol. 75. - P. 167-188. Kappers A., Huber G.C., Grosby E.C. The Comparative Anatomy of the Nervous System of Vertebrates, Including Man. - N.Y.: MacMillan Company, 1936. Kardong K.V. Vertebrates. - Dubuque, Iowa: Wm. С Brown Publishers, 1995. Kemp T.S. Mammal-Like Reptile and the Origin of Mammals. - Lond.- N.Y.: Academic Press, 1982. 365 Keynes R., Lumsden A. Segmentation and the Origin of Regional Diversity in the Vertebrate Central Nervous System // Neuron. - 1990. - Vol. 4. - P. 1-9. Kleinenberg Hydra. Eine anatomischentwicklungsgeschichtliche Untersuchung. - Leipzig: Verlag von F.C.W. Vogel, 1872. Kuhlenbeck H. Invertebrates and Origin of Vertebrates. - Geneva: Karger Press, 1967. Lanuza E., Halpern M. Afferent and Efferent Connections of the Nucleus Sphericus in the Snake Thamnophis sirtalis: Convergence of Olfactory and Vomeronasal Information in the Lateral Cortex and the Amygdale // J. Comp. Neurol. - 1997. - Vol. 385. - P. 627-640. Lefebvre L, Whittle P., Lacaris E., Finkelstein A. Feeding Innovations and Forebrain Size in Birds // Anim. Behav. - 1997. - Vol. 53, No. 3. - P. 549-560. Levine J.S. The Vertebrate Eye // In: Functional Vertebrate Morphology / Eds. M. Hildebrand er al. - Cambridge: Harvard Univ. Press, 1985. - P. 317-337. Liem K.F. Form and Function of Lung: The Evolution of Air-Breathing Mechanisms // Am. Zool. - 1988. - Vol. 28. - P. 739-759. Lipps J.H., Signor W. Origin and Early Evolution of the Metazoa. - N.Y.: Plenum Press, 1992. Lohman A.N., Smeets W.J. Overview of the Main and Accessory Olfactory Bulb Projections in Reptiles // Brain Behav. Evol. - 1993. - Vol. 41. - P. 147-155. Lombard R.E., Sumida S.S. Recent Progress in Understanding Early Tetrapods // Am. Zool. - 1992. - Vol. 32. - P. 609-622. Mallatt J. Early Vertebrate Evolution: Pharyngeal Structures and Origin of Gnathostomes // J. Zool. (Lond.). - 1984. - Vol. 204. - P. 169-181. Martinez-Garsia F., Martinez-Marcos A., Lanuza E. The Palliai Amygdala of Amniote Vertebrates: Evolution of the Concept, Evolution of the Structure // Brain Res. Bull. - 2002. - Vol. 57. - P. 463-469. McConnel J.V. Comparative Physiology: Learning in Invertebrates // Annu. Rev. Physiol. - 1966. - Vol. 28. - P. 107-136. Meglitsch P.A., Schram F.R. Invertebrate Zoology. - Lond.: Oxford Univ. Press, 1991. Millot J., Anthony J. L'Organisation Generale du Prosencephale de Latimeria chalumnae smith // In.: Evolution of the Forebrain. - Stuttgart: G. Thieme Verlag, 1966. - P. 51-60. Milner A.R. The Relationship and Origin of Living Amphibians // In: The Phylogeny and Classification of the Tetrapods. Amphibians, Reptiles, 366 Bird / Ed. M.J. Benton. - Oxford: Clarendon Press. Systematics Assoc, 1988. - Vol. 35A. - P. 59-102. Nieuwenhuys R. An Overview of the Organization of the Brain of Actinopterigian Fishes // Am. Zool. - 1982. - Vol. 22. - P. 287-310. Nieuwenhuys R. The Central Nervous System of Vertebrates. - Berlin-Heidelberg: Spriger-Verlag, 1998. Nilsson S. Autonomic Nerve Function in the Vertebrates // In: Zoophysiology / Ed.: D.S. Farmer. - N.Y.: Springer-Verlag, 1983. Northcutt R.G. Evolution of the Telencephalon in Nonmammals // Annu. Rev. Neurosci. - 1981. - Vol. 4. - P. 301-350. Northcutt R.G., Davis R.E. Fish Neurobiology. - Michigan, 1983. Olson R. Basic Design of the Chordate Brain // In: Indo-Pacific Fish Biology: Proceedings of the Second International Conference on Indo-Pacific Fishes / Eds. T. Uyeno ef a/. - Tokyo: Ichthyological Society of Japan, 1986. - P. 86-93. Olson R., Holmberg К., Lilliemarc Y. Fine Structure of the Brain and Brain Nerves of Oikopleura dioica (Urochordata, Appendicularia)// Zoomorphology. - 1990. - Vol. 110. - P. 1-7. Panchen A.L. The Nostrils of Choanate Fishes and Early Tetrapods // Biol. Rev. - 1967. - Vol. 42. - P. 374-420. Panchen A.L. The Origin and Early Evolution of Tetrapod Vertebrate / / In: Problems in Vertebrate Evolution / Eds. S.M. Andrews et al. -N.Y.: Academic Press, 1977. - P. 289-318. Parker G.H. The Elementary Nervous System. - Philadelphia-Lond.: J.B. Lippincott company, 1919. Pechenic J.A. Biology of the Invertebrates. 2nd ed. - Dubuque, Iowa: Wm. С Brown, 1991. Pierce S.K., Mangel Т.К. Illustrated Invertebrate Anatomy. - Lond.: Oxford Univ. Press, 1987. Piiper J., Scheid P. Comparative Physiology of Respiration: Functional Analysis of Gas Exchange Organs in Vertebrates // Int. Rev. Physiol. - 1977. - Vol. 14. - P. 219-253. Prudhoe S. A Monograph on Polyclad Turbellaria. - Lond.: Oxford Univ. Press, 1986. Radinsky LB. The Evolution of Vertebrate Design. - Chicago, 1987. Reiner A., Brauth S.E., Karten H.J. Evolution of the Amniote Basal Ganglia // Trends Neurosci. - 1984. - Vol, 7. - P. 320-325. Schaeffer B. The Xenacanth Shark Neurocranium, with Comments on Elasmobranchial Monophyly // Bull. Am. Mus. Nat. Hist. - N.Y., 1981. - Vol. 169. - P. 1-66. 367 Spearman R.I.C., Riley P.A. The Skin of Vertebrates. - Linn. Soc. Symp. Ser. No. 9, 1980. Stensio E. The Brain and Cranial Nerves in Fossil, Lower Craniate Vertebrates. - Oslo: Universitetsforlaget, 1963. Stewart J.R., Blackburn D.G. Reptilian Placentation: Structural Diversity and Terminology // Copeia. - 1988. - P. 839-852. Tarsitano S.F. The Morphological and Aerodynamics Constraints on the Origin of Avian Flight // In: The Beginnings of Birds / Eds. M.K. Hecht et al. - Eichstatt: Bronner and Daentler, 1985. -P. 319-332. Thomson K.S. On the Biology of Cosmine // Peab. Mus. Nat. Hist. Bull. - 1975. - Vol. 40. - P. 1-58. Torrence S.A., Cloney R.A. Ascidian Larval Nervous System: Primary Sensory Neurons in Adhesive Papillae // Zoomorphology. - 1983. - Vol. 102. - P. 111-123. Tyndale-Biscoe H., Rentree M. Reproductive Physiology of Marsupials. - Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1987. Ulinski P.S. Neurobiology of the Therapsid-Mammalian Transition // In: The Ecology and Biology of Mammal-Like Reptiles / Eds. N. Hotton et al. - Washington: D.C. Smithsonian Inst. Press, 1986. - P. 149-171. Ulinski P.S. Cerebral Cortex in Reptiles // In: Cerebral Cortex / Eds. E.G. Jones, A. Peters. - N.Y.: Plenum Press, 1990. - Vol. 8. Van Tienhoven A. Reproductive Physiology of Vertebrates. - Ithaca: Cornell Univ. Press, 1983. Vorobyeva E.I. Observations on Two Rhipidistian Fishes from the Upper Devonian of Lode, Latvia // Zool. J. Linn. Soc. - 1980. - Vol. 70. - P. 191-201. Wimsatt W.A. Morphogenesis of the Fetal Membranes and Placenta of the Black Bear Ursus americanus (Pallas) // Am. J. Anat. - 1974. - Vol. 140. - P. 471-496. Научное издание Савельев Сергей Вячеславович Происхождение мозга Монография Зав. редакцией В.М. Дорончук Редактор E.V. Суомаляйнен Корректор Д.Н. Дорончук Подготовка оригинал-макета С.В. Савельев Художественное оформление и дизайн обложки С.В. Савельев Изд. лиц. ИД № 05297 от 06.07.2001 Подписано в печать 27.01.05 Формат 60x90 1/16. Бумага мелованная. Печать офсетная. Объем 23,0 печ. л. Усл. печ. л. 23,0. Тираж 5000 экз. Заказ №5038 Издательство «ВЕДИ» 115162, Москва, а/я 4 e-mail: vedimed@mail.ru Отпечатано в филиале «Типография им. Скворцова-Степанова» ФГУП Издательства «Известия» Управления делами Президента Российской Федерации 127994, ГСП-4, Москва, Пушкинская площадь, 5 |