Происхождение мозга
Шрифт:
Возможно и другое объяснение. Если эти животные обитали в прибрежных зонах моря, то потребовалось закрепление в грунте или быстрое погружение в него. Это может быть связано с приливами и отливами, морскими течениями и подвижностью придонной воды мелководных морей. Если такое событие произошло, то в результате поворота один из боковых нервных тяжей стал брюшным, а другой — спинным. Животное стало асимметричным, так как новая ось симметрии совпала с горизонтальной плоскостью тела ползающего червеобразного предка. Понятно, что такое «ильное» существо не могло активно двигаться, изгибаясь в вертикальной плоскости, так как влияние давления, определяемого проекцией тела на плоскость, нормальную по отношению к направлению движения, будет весьма велико. Маловероятно, что слаборазвитая мускулатура может справиться с такой задачей. Быстрее
188
всего «ильное» животное могло двигаться на ребре при помощи
У частично погруженного в придонный ил животного диффузия растворённого в воде кислорода через покровы резко уменьшается. Вполне возможно, что для поддержания метаболизма на прежнем уровне возникли специальные отверстия в кишечной трубке, которые стали выполнять роль жаберного аппарата. Понятно, что они могли сформироваться только в околоротовом поле, поскольку рот находился над поверхностью грунта. Таким образом, жаберный аппарат мог быть унаследован от предковых червеобразных форм или возникнуть вторично.
По-видимому, такой тип движения может привести к нескольким важным результатам. На верхнем (спинном) крае тела могло начаться слияние ганглиев, составляющих один из тяжей нервной системы (см. рис. II-16, г). Это связано с тем, что при проталкивании тела в илистом грунте основное сопротивление трения приходится на переднюю часть тела животного, а задняя часть тела и хвост довольно пассивны. Координация движений должна быть максимальной в головной части животного, что и привело к слиянию ганглиев в передней части дорсального нервного тяжа. Увеличение именно дорсального нервного тяжа обусловлено тем, что он находился на границе ила и воды, в максимальном рецепторном контакте с внешней средой, тогда как вентральный тяж был по сути дела депривирован и изменил свои функции. На дорсальном тяже сохранились асимметричный глазок, тактильные рецепторы и, по-видимому, дифференцировались боковые парные глаза и парные дистантные хеморецепторы. Вентральный тяж в головной зоне сохранил химическую и тактильную чувствительность, которая стала основой для развития дистантных органов чувств.
Аналогичным образом, по-видимому, развивались события и при четырёх нервных стволах. Единственным, но крайне существенным отличием было отсутствие бокового поворота на 90°. Этот поворот проще обосновать, чем уж совсем фантастическое переворачивание диплеурулообразнои личинки на спинную поверхность. Однако поворот далёких предков позвоночных даже на 90° носит гипотетический характер. Четыре нервных ствола у представителей современных турбеллярий (Alloeocoela) говорят в пользу гипотезы, не предусматривающей переворачивание предка хордовых (см. рис. II-15; II-16). Таким образом, отвечая на поставленный в начале главы вопрос о происхождении дорсального положения нервной системы, можно предположить, что
189 центральная нервная система хордовых произошла из слившихся дорсальных нервных стволов древних турбеллярий. По-видимому, нервная система хордовых никогда не была в вентральном положении и является гомологом парных дорсальных нервных стволов билатерально-симметричных свободноживущих плоских червей.
В результате объединения спинных ганглиев сформировалось протяжённое скопление нервных клеток, не разделённое участками нервных волокон. Такая концентрация тел нервных клеток привела к возникновению желудочков центральной нервной системы. Типичный ганглий беспозвоночного состоит из тел клеток, расположенных по периферии, и центральной части, которая состоит из переплетения отростков нервных клеток, — нейропиля. При слиянии ганглиев произошло объединение нейропилей, тогда как сами нейроны остались на периферии нервного тяжа. Так как в нейропиле нет тел клеток, можно объяснить уход отростков нервных клеток из центральной части слившихся ганглиев чисто физиологическими причинами. Активное движение спинномозговой жидкости между отростками нейронов, закрывающих внутренний просвет ганглия, было слишком медленным для обеспечения метаболизма центральной нервной системы активного животного. Отростки вышли на наружную поверхность, освободив пространство — внутреннюю полость — для движения спинномозговой жидкости. При этом симметричные комиссуры, идущие к брюшному нервному стволу, стали брюшными корешками спинного мозга, а дорсальные корешки возникли из чувствительных окончаний верхнего нервного тяжа. Следовательно, нервная трубка является гомологом слившихся ганглиев двух нервных стволов беспозвоночных, внутри которых шизоцельно
Совершенно другие изменения должны были произойти со слившимися парными брюшными нервными тяжами. Они не редуцировались, а сегментировались. Сегментация заключалась в том, что ганглии сохранили своё строение, но межганглионарные продольные связи частично заменились на иннервацию внутренних органов. Отростки нейронов, расположенных в вентральных ганглиях, стали локализоваться преимущественно в кишечном канале, стенках сосудов и выделительной системе, а не в соседних ганглиях. При этом ганглии брюшного нервного ствола не утрачивали комиссуральных связей со спинным нервным тяжом (см. рис. II-15; II-16). Вентральные головные скопления нервных клеток стали нейральной основой для совершенствования функций передней части пищеварительного канала и развития ротовой
190
хеморецепции. Следовательно, вегетативные ганглии хордовых возникли в результате продольного разделения слившихся по средней линии вентральных стволов беспозвоночных на отдельные ганглии, которые сохранили свои комиссуральные связи с дорсальной нервной трубкой.
Таким образом, слияние дорсальных и вентральных нервных стволов у червеподобного животного привело к возникновению нервной системы, характерной для большинства хордовых: дорсальная нервная трубка и вентральные вегетативные ганглии. Ось симметрии не изменилась. Исходя из этой модели, можно объяснить происхождение нервной трубки и вегетативных ганглиев. Описанное выше животное могло стать предком современных хордовых после повторного перехода к активному плаванию в трёхмерной водной среде.
Самое существенное в переходе к свободному плаванию заключается в типе движения этого гипотетического предка хордовых. Червеобразное билатерально-симметричное животное при плавании может двигаться, волнообразно изгибая тело в горизонтальной или вертикальной плоскости. По-видимому, перешедшее к свободному плаванию животное перемещалось, изгибая тело в горизонтальной плоскости. Для этого типа движения хорошо подходят метамерная мускулатура и её посегментная иннервация, которая возникла при адаптации к перистальтическому движению в морском иле.
Необходимо учитывать, что это придонное животное не обладало нейтральной плавучестью, как современные рыбы, поэтому затраты энергии, а как следствие и потребление кислорода при переходе к активному плаванию должны были возрастать, что стало невозможно компенсировать увеличением площади поверхности тела. Это могло привести к формированию дыхательных щелей, открывающихся в пищеварительный канал, и кровеносной системы. Понятно, что она практически сразу стала замкнутой, так как перенос кислорода с помощью полостных жидкостей у достаточно крупных организмов малоэффективен. Вполне возможно, что жаберные щели свободноплавающее животное унаследовало от своих предков. В этом случае они могут с равной вероятностью быть гомологами асимметричных отверстий пищеварительной трубки, которые впервые возникли при переходе к придонному образу жизни, или гомологами симметричных дыхательных отверстий.
При изгибании тела это животное должно было не только преодолевать сопротивление среды, но и поддерживать своё тело в толще воды. Следовательно, возникли значительные боковые механические деформации тела, которые отсутствовали у перистальтически
191
движущегося придонного существа. Полая нервная трубка, расположенная между двумя мощными тяжами мускулатуры, не могла не привести к появлению какого-либо уплотнённого участка сосуда, кишечного канала, мускульной связки или фасции. В противном случае поддержание стабильной формы мозговой трубки и нормальной циркуляции спинномозговой жидкости было бы невозможно. По-видимому, эта проблема решалась разными путями, но наиболее эффективным оказалось появление хорды над спинной аортой. В этом варианте защищён от деформаций как мозг, так и спинная аорта (см. рис. II-14, е). Хорда, по-видимому, возникла после дифференцировки дорсальной нервной трубки. Плотная спинная струна является наиболее поздним приобретением хордовых по сравнению с нервной системой и метамерной мускулатурой. Следовательно, рассмотрев становление нервной системы гипотетического предка хордовых, можно предположить основные филогенетические события, которые привели к формированию дорсальной нервной трубки и вегетативной нервной системы хордовых. Самой древней предшественницей нервной системы хордовых была диффузная нервная сеть свободноплавающих кишечнополостных. Появление 4 или 2 парных нервных стволов произошло при переходе свободноплавающего кишечнополостного к придонному образу жизни. В результате возникли первая ось симметрии, брюшная и спинная стороны животного. Вероятнее всего, таким животным было плоское червеобразное существо, похожее на современных турбеллярий.