Шаг первый

крохотные ученики

С чего или, вернее, с кого начать изучение умственных способностей животных? Ну конечно, с самых простых, примитивных одноклеточных организмов. Проще них даже представить что-нибудь трудно. Такое животное состоит из одной-единственной клеточки, заполненной протоплазмой с погруженным в нее клеточным ядром. Многие виды одноклеточных даже не имеют настоящей клеточной оболочки. Нужно ли говорить, что у них нет ни скелета, ни нервной системы, ни лапок, ни ушей, ни глаз. Несмотря на это, многие одноклеточные весьма активные шустрые создания. Одни из них — жгутиконосцы — плавают с помощью длинного подвижного жгутика, находящегося на конце тела и работающего, как гребной винт лодочного мотора. Только двигаются они жгутиком вперед с огромной для своих ничтожных размеров скоростью. Чемпионы среди них за секунду покрывают расстояние в тридцать миллиметров, что в шестьдесят — семьдесят раз превышает длину их тела. Чтобы стало понятно, много это или мало, сравним быстроту их перемещения с движением автомобиля. Максимальная скорость, разрешенная на дорогах нашей страны,— девяносто километров в час, или двадцать пять метров в секунду. Длина легкового автомобиля «Волга» около пяти метров. Значит, за секунду автомобиль проходит расстояние, всего в пять раз превышающее собственную длину. Если бы жгутиконосцы были размером с «Волгу», они за полчаса пробегали бы дистанцию в пятьсот — шестьсот километров, что соответствует расстоянию от Москвы до Ленинграда. Не каждому современному самолету доступна такая скорость.

Л. А. Орбели
(1882 – 1958)

Академик Герой Социалистического Труда, лауреат Государственной премии СССР, генерал-полковник медицинской службы Леон Абгарович Орбели — выдающийся советский физиолог, ученик и последователь И. П. Павлова. Он внес существенный вклад в развитие физиологии высшей нервной деятельности, вегетативной нервной системы, органов чувств, был инициатором исследований в области физиологии глубоководных погружений и высотных полетов. Л. А. Орбели — основоположник эволюционной физиологии как особой научной дисциплины. Он был создателем Института эволюционной физиологии и биохимии имени И. М. Сеченова АН СССР в Ленинграде и первым его директором.

У инфузорий нет жгутика, зато все тело, как шерсткой, покрыто ресничками. Их около десяти — четырнадцати тысяч! Они работают, как весла. Движения ресничек строго координированы. Их взмахи волнами прокатываются вдоль всего тела миниатюрного существа. Это позволяет инфузориям развивать немалую скорость, покрывая за секунду расстояние, в пять-шесть раз превышающее собственную длину, что соразмерно скорости «Волги».
Амебы умеют ползать. Сначала на их теле появляются маленькие выпячивания. Они быстро растут, превращаясь в длинный отросток. Затем тело амебы переливается в отросток, и она выпускает новый. Так, выпуская отростки и переливаясь в них, амеба энергично ползет по стеклу аквариума или по листу растения.
Некоторые одноклеточные организмы устроены посложнее. На переднем конце тела эвглены через оболочку просвечивают красноватые капельки жира. Они образуют так называемый глазок. Он действительно обладает светочувствительностью. Если аквариум с эвгленами поставить в тень, осветив в нем лишь небольшой участок, все его обитатели, сколько бы их там ни было, соберутся в освещенной части.
Наиболее сложно устроенные одноклеточные существа — инфузории. Кроме многочисленных ресничек на теле инфузории туфельки находится бессчетное количество крохотных отверстий, в которых прячутся стрекательные палочки — трихоцисты. Они представляют собой длинные полосатые стержни с плотными гвоздеобразными наконечниками. Трихоцисты предназначены для обороны и нападения. Ими животное выстреливает при малейшей опасности. Стоит дотронуться до тела инфузории даже тончайшим волоском, и она ответит на раздражение залпом стрекательных палочек. Видимо, их наконечники, как боевые стрелы индейцев, содержат какое-то ядовитое вещество. Впиваясь в тело обидчика, они не только наносят глубокие раны, но и отравляют их своим ядом. У врагов туфельки, таких же маленьких животных, наступает паралич, а если в тело вонзилось много стрекательных палочек, раненое животное погибает.
На переднем конце тела инфузории находится ротовая впадина, на дне которой видно отверстие, ведущее в глотку. Одна из стенок глотки покрыта пленочкой из слипшихся между собой ресничек. И реснички на стенках впадины и пленочка глотки все время колеблются, загоняя внутрь взвешенные в воде микроорганизмы. Каждые одну-полторы минуты капелька воды с находящимися в ней бактериями втягивается внутрь туфельки и начинает странствовать в ее теле, выполняя функцию временного желудка. Пища переваривается за один — три часа. Полный «желудок» содержит тридцать — сорок бактерий. За сутки инфузория съедает их более сорока тысяч. Вот какие это полезные существа.

Знакомство со сложным строением одноклеточных организмов невольно заставляет подозревать, что они далеко не так просты, как можно было бы думать о крохотных одноклеточных созданиях. Действительно, их поведение подчас вызывает удивление. Оказалось, например, что парамеция-туфелька глотает далеко не все, что плавает в воде и постоянно попадается ей на пути. То, что ей не нравится, во временные «желудки» к ней не попадает. Значит, у туфельки хорошо развит вкус. Действительно, парамеции вылавливают из воды бактерий, с удовольствием лакомятся растертым куриным желтком и почему-то охотно поглощают краситель кармин, зато от крупинок серы, микроскопических кристалликов солей категорически отказываются. В их «желудки» эти вещества не попадают. Ученым захотелось выяснить, каким образом пищевые вещества оказываются у них «во рту» и как они добиваются, чтобы туда же не попадали несъедобные частички. Смесь из равных частей тщательно размельченного кармина и серы добавили в каплю воды, где плавали инфузории, и стали наблюдать за их поведением. В микроскоп было отчетливо видно, что реснички ротовой впадины без разбора загоняли в глотку все, что плавало на воде, но красные частички кармина скапливались на ее дне и через каждые шестьдесят — девяносто секунд попадали во вновь образующиеся «желудочки», а желтые частицы серы, не задерживаясь, выбрасывались наружу. Как удается туфельке рассортировать взвешенные в воде частички, ученым так понять и не удалось.
Кто же учит парамеций охотиться на бактерий, сортировать взвешенные в воде частицы и выплевывать несъедобные или невкусные крупинки? Вы, наверное, уже догадались, что туфелькам учиться не приходится. Все, что им нужно знать и уметь, они получают по наследству, обходясь без учителей и наставников.
Может показаться непонятным, как можно что-то уметь, ничему специально не обучаясь. Попробую объяснить. Машины, построенные руками человека, способны выполнять определенную работу, благодаря своему устройству. Их конструкция — это и есть вложенные в них человеком знания о том, что и как нужно делать. Настольную электрическую лампу никто не учит светить, а она превосходно справляется со своей задачей. Стоит нажать на выключатель, и свет вспыхивает. Иначе она поступить не может, можно сказать «не умеет». Нажимая на выключатель, мы соединяем два конца провода, открывая дорогу электрическому току. Он побежит по проводам, по спирали внутри электрической лампочки, раскалит ее, и она начнет испускать свет. Спираль тоже никто не учит нагреваться. Она сделана из такого металла, который оказывает электрическому току значительное сопротивление, а потому при его прохождении раскаляется.
С готовыми знаниями выпускают с завода и более сложные приборы. Автомат для продажи газированной воды тоже никто не учит ни приготовлять напитки, ни торговать ими. Все необходимые ему знания заложены в конструкцию, позволяя выполнять достаточно сложную работу. Автомат умеет из всех мелких денег, имеющих хождение в нашей стране, отбирать монеты достоинством в одну и три копейки. Любые другие он или просто не возьмет, или, познакомившись с ними поближе, возвратит обратно. Получив копейку, автомат наливает в стакан простую воду, газируя ее углекислым газом. Приняв три копейки, он сначала выдает порцию сиропа, а затем наливает газированную воду. Сделать наоборот нельзя: сироп не смешается с водой и напиток будет невкусным. Это отлично понимали создатели автомата, поэтому конструкция его такова, что трехкопеечная монета сначала открывает кран для сиропа, а уж потом для воды. Разбираться в достоинстве монет тоже дело не сложное. Пятачок, полтинник, металлический рубль автомат не примет. Они слишком велики и не войдут в щель для монет. Остальные монеты сортируются по весу, и их сортировка не представляет для автомата особых трудностей. Слишком легкая копейка не в состоянии открыть кран сиропа. Для этого нужен груз, весящий три грамма, то есть монета достоинством в три копейки.
Живые существа, безусловно, устроены значительно сложнее, чем механический продавец воды, а с автоматами их роднит только то, что программы поведения заложены в конструкцию их маленького тела. Это позволяет одноклеточным организмам автоматически реагировать на различные воздействия: на пищу, врагов, свет, тепло, растворенные в воде химические вещества, на препятствия и многое другое.
Ученые — народ недоверчивый. Простого наблюдения за поведением одноклеточных организмов для них оказалось недостаточно, чтобы решить, умные это или глупые существа. Понадобились специальные опыты, чтобы выяснить, можно ли чему-нибудь научить самых примитивных животных. Из огромной армии одноклеточных организмов пока изучены лишь представители одного класса. Выбор ученых почему-то пал на инфузорий. В различных странах мира с ними проделаны десятки экспериментов. Разобраться в умственных способностях этих существ оказалось не так просто.
Изучение одноклеточных можно осуществить лишь в специальном ультрамикроскопическом аквариуме.
Для экспериментов с инфузориями удобными оказались тонкие стеклянные трубочки. Животное помещается в заполненный водою капилляр. Под микроскопом отчетливо видно, как оно там себя ведет. Один конец капилляра освещают ярким светом, второй оставляют в тени. Парамеция-туфелька долго оставаться неподвижной не любит, она постоянно движется взад-вперед по своему тесному помещению. Ученые решили выяснить, можно ли научить туфельку держаться только в затемненной части капилляра и в освещенную не заплывать. Чтобы инфузория поняла, что от нее хотят, ее всякий раз наказывали слабеньким ударом электрического тока, как только она пыталась пересечь границу света и тени.
Первое впечатление о туфельках оказалось весьма благоприятным. Они вели себя, как старательные ученики. После нескольких десятков наказаний туфелька, подплывая к запретной черте, замедляла свое движение, а потом, не дожидаясь очередного удара тока, поворачивала назад. Ученые были восхищены: туфельки научились избегать света! Значит, они достаточно умны, хотя у них и нет мозга! Кто-то даже предположил, что мозг к умственным способностям никакого отношения не имеет и можно отлично обходиться и без него.
С тех пор во многих научных лабораториях туфельки стали излюбленным объектом исследования. Чему их только там не обучали и пришли к выводу, что они способные ученики. Несколько десятилетий подряд среди части исследователей сохранялось возникшее заблуждение, но в конце концов истину все же удалось установить.
Насторожили ученых большие способности инфузорий. Многие туфельки всего за несколько уроков могли научиться выполнять любое задание, а для некоторых, видимо наиболее способных, вообще обучения не требовалось. Впервые попав в капилляр, они как-то сами умели догадаться, что пересекать границу света и тени не следует, и наказывать их не приходилось. Даже самые отъявленные оптимисты и поклонники «умных» парамеций в такую прозорливость своих подопечных не верили. Опыты пришлось повторить множество раз, прежде чем ученые заметили одно немаловажное обстоятельство, на которое раньше не обратили внимание. А ларчик открывался просто. Первая туфелька, помещенная в новый, только что изготовленный капилляр, всегда учится долго. Зато второй и всем последующим инфузориям учение давалось легче. Объяснялись эти различия просто. Когда первая парамеция заплывала в запрещенную зону и получала наказание — электрическую порку, она, обороняясь от невидимого врага, выпускала тучи стрекательных палочек.

Отравленные копья повисали на стенках капилляра, свободно плавали в толще воды, и вскоре их становилось здесь так много, что туфелька, заплывая сюда, натыкалась на свое же собственное оружие и получала чувствительные уколы. Это и заставляло ее поворачивать вспять. Следующая туфелька, посаженная в уже использовавшийся капилляр, впервые подплывая к границе света и тени, как на забор из колючей проволоки, натыкалась на облако стрекательных палочек, оставленных предыдущей ученицей. Неудивительно, что некоторые инфузории не стремились пересечь запретную черту, а сразу же поворачивали обратно. Несмотря на кажущееся весьма разумным поведение инфузорий, они фактически ничему в капилляре не научились. Если бы ученые всякий раз после очередной прогулки туфельки к запретной черте пересаживали бы ее в новенький капилляр, они не добились бы изменения в поведении крохотного ученика, сколько бы времени ни затратили на его обучение.
Значит ли это, что одноклеточные организмы никудышные ученики? Не будем делать поспешных заключений. Уже в наши дни ученые доказали, что кое-чему инфузории научиться все-таки могут.
Одноклеточные существа по праву называют микроорганизмами, но и среди них попадаются отдельные великаны. Такова инфузория спиростомум. Она достигает в длину два-три миллиметра, хорошо видна и без микроскопа, а если смотреть в увеличительное стекло, кажется похожей на небольшого беленького червячка с изящной ушастой головкой. Инфузории умеют быстро ползать по стеклянному аквариуму, способны делать крутые повороты и не сталкиваться друг с другом. Наблюдая за спиростомумами в лаборатории, ученые заметили, что инфузории при каждом сотрясении аквариума вздрагивают, сжимаются в крохотный комочек. Стоит пройтись по комнате, задеть стол, хлопнуть дверью, и инфузории, все как один, сжались, замерли. Но вот прошло три, пять, десять секунд, ничего страшного больше не произошло, и инфузории, постепенно распрямившись, снова поползли по своим делам.
Ученые использовали трусливость инфузорий. В небольшой сосуд, где они ползали, каждые тридцать — шестьдесят секунд падала капелька воды. Невелика сила в капле, но этого оказывалось достаточно, чтобы напугать обитателей мини-аквариума. Однако ничего страшного капля не производила. И вот постепенно стало заметно, что животные пугаются все меньше и меньше. Сначала инфузории вместо крохотного комочка стали сжиматься в довольно заметную лепешечку, затем лишь до половины, потом поджималась только самая передняя часть, наконец, животные только вздрагивали, на миг приостанавливали движение и как ни в чем не бывало продолжали свой путь. Значит, научились! Научились не бояться легкого сотрясения, не обращать на него внимания.
Ученые называют такой вид обучения привыканием. Чтобы к чему-нибудь привыкнуть, обладать большими способностями совсем не обязательно. Ведь никаких новых навыков у животного при этом не возникает. Оно не приобретает способности делать что-то полезное, чего раньше осуществить не могло. Инфузория просто привыкает к новому раздражителю, учится его не замечать, не реагировать на него. И еще одна очень важная особенность привыкания инфузорий: оно у них сохраняется всего несколько десятков минут, максимум полтора-два часа. Потом животное все забывает, и, чтобы восстановить привыкание, всю процедуру обучения нужно повторить заново, как будто ученик идет на урок впервые.
Полезно ли привыкание? Безусловно, полезно! Оно позволяет животным не делать ничего лишнего и экономить массу энергии. Но все-таки, согласитесь, инфузории очень слабые ученики. Сразу бросается в глаза, что никакими талантами они не блещут. Между умственными способностями инфузорий и психическим развитием высших животных, рыб, птиц, собак и других млекопитающих, большая дистанция. У нас неоднократно будет возможность в этом убедиться.

миниатюрные чудовища

Стоит ли удивляться, что инфузории не обнаружили выдающихся способностей? Многоклеточные организмы имеют множество органов, между которыми существует строгое разделение труда. А инфузория состоит всего из одной клеточки, но дел у нее невпроворот. Поиски пищи, оборона, дыхание, борьба с неблагоприятными условиями жизни, размножение — у инфузории тысячи дел, и сразу нужно заниматься несколькими. Тут уж не до учебы. Можно было надеяться, что многоклеточные организмы, даже достаточно примитивные, окажутся гораздо способнее.
В настоящее время на Земле существует две группы низших многоклеточных организмов. Они давно известны зоологам. Самые примитивные — губки. И строением тела и поведением они больше похожи на растения, чем на животных. К тому же губки, по-видимому, не состоят в прямом родстве ни с кем из высших животных. Поэтому они мало интересуют ученых, и их умственные способности пока совершенно не изучены.
Вторая группа низших многоклеточных животных получила название кишечнополостных. К ним относятся такие известные животные, как медузы, актинии, кораллы. Кишечнополостное животное — весьма сложно устроенный организм. Эти существа уже имеют собственную нервную систему. Она представляет собой сеть взаимосвязанных нервных клеточек, особенно многочисленных в самых важных местах их тела: в щупальцах, вокруг ротового отверстия и на подошве.
Из числа примитивных многоклеточных животных в лабораториях физиологов побывали пока лишь только представители кишечнополостных. Проще всего добыть и содержать в неволе пресноводную гидру. Для нее не нужна ни морская вода, ни изысканное питание. Вот почему гидра является более частым объектом физиологических исследований, чем ее многочисленные родственники.
Животное, которое мы называем гидрой, представляет собой крохотный белесый стебелек длиной в один-полтора сантиметра с венчиком щупалец на вершине. Щупалец немного, пять — девять, а в центре между ними круглое ротовое отверстие, ведущее в полость тела, где переваривается пища. На щупальцах батареи стрекательных клеток, выбрасывающих острые отравленные гарпуны на длинных нитях. Оружие гидры имеет много общего с вооружением инфузорий. Своими подвижными щупальцами животное хватает добычу, убивает ее залпами стрекательных клеток и, удерживая с помощью впившихся в тело нитей, отправляет в рот. Гидры — большие домоседки. Они могут всю жизнь провести, сидя на одном месте, прикрепившись подошвой к камню или к подводному растению. Висеть вниз щупальцами в достаточно светлом месте водоема — излюбленная поза животных. Стоя вверх «головой», они не испытывают чувства полного комфорта. Вертикальная поза требует дополнительных затрат энергии. Но при необходимости гидры могут совершать и небольшие путешествия. Для перемещения в пространстве они пользуются четырьмя способами. По гладкой, твердой поверхности стекла гидры, не меняя позы, скользят, как на коньках, на своей подошве, но двигаются при этом так медленно, что заметить это невозможно. Животные умеют шагать, тогда дело идет веселей. Сначала гидра ложится на дно, вытягивается в нужном ей направлении, вцепляется щупальцами в грунт, а затем подтягивает сюда свое тело. Первый шаг закончен. Теперь можно закрепиться подошвой и начать второй шаг. Так шаг за шагом движется животное, пока не устанет и не проголодается.
Быстрее всего передвигаются гидры, когда катятся колесом, кувыркаясь через «голову», как расшалившиеся мальчишки. Животное, как и в первом случае, ложится на дно, укрепляется щупальцами, затем становится на «голову» и перекидывает стебель в направлении движения. Закрепившись подошвой на новом месте, гидра начинает очередное медленное сальто. Так кувырком и катится: быстро и удобно. Плавать гидры тоже умеют. Широко распластав в воде свои щупальца, животное спокойно парит в воде, медленно и постепенно снижаясь. А если ей нужно всплыть, она каким-то образом создает на своей подошве маленький пузырек газа и, пользуясь им, как поплавком, поднимается к поверхности.
О гидрах слышали все, гидры широко распространены по территории нашей страны, однако мало кому приходилось видеть их живыми. А между тем наловить животных не составляет особого труда. Для этого нужна лишь стеклянная банка и увеличительное стекло. В любом пруду, в тихой речушке, даже в придорожной канаве, лишь бы вода была чистой и прозрачной, нужно набрать побольше водяных растений, поместить их в банку, налить туда воды и оставить ее на несколько минут в покое. Малейшее сотрясение пугает животных. Они сжимаются в крохотный комочек, и заметить их на листьях становится невозможно. Но вот прошло несколько минут, все спокойно, ничто больше не беспокоит обитателей подводного мира, и гидры начинают неторопливо распрямляться. С помощью лупы весь процесс виден превосходно.
У себя в пруду гидры питаются дафниями и другой подвижной мелочью. Дома в крохотном аквариуме прожорливые хищники, за несколько дней переловив и съев все живое, начинают голодать. Теперь пора начинать эксперимент. Голодной гидре, сидящей на дне водоема, бросают крохотную песчинку. Если, падая, она заденет хотя бы одно щупальце, гидра схватит камушек на лету и вместе с ним упадет на дно сосуда. Обычная песчинка весит не больше двух миллиграммов, но гидра так слаба, что не в состоянии справиться с подобным грузом.
Почувствовав, что вместо «дичи» в ее щупальцах находится совершенно несъедобный предмет, гидра постарается избавиться от него. Сделать это нелегко, ведь песчинку удерживают сотни стрекательных нитей. Лишь через одну-полторы минуты животное освободится от своей добычи и примет прежнюю позу. Теперь бросим ей вторую песчинку, затем третью, четвертую... Через некоторое время станет заметно, что животное как-то неохотно хватает фальшивую приманку, а затем очень быстро от нее избавляется. Понемногу гидра теряет интерес к охоте и очередную двадцатую или тридцатую песчинку вообще ловить не станет.
Что же произошло с нашим подопытным животным? Ничего особенного. У гидры выработалось привыкание к песчинке, то есть развилась та же реакция, с которой нас уже познакомили инфузории. Не получая удовлетворения от охоты, животные каждый раз все с меньшим энтузиазмом бросались на подкинутую нами приманку и выстреливали в нее все из меньшего числа стрекательных клеток. Вот, кстати, почему гидра все быстрее и быстрее избавлялась от схваченной ею песчинки. Наконец привыкание развилось в полном объеме, и животное прекратило оказавшуюся бесполезной охоту.
То, что у кишечнополостных животных легко вырабатывается привыкание, не удивило ученых. Забегая вперед, скажу, что более развитые животные обычно заимствуют от своих предшественников все важные для жизни приспособления. Не отказались высшие животные и от реакций привыкания. Даже для человека они имеют большое значение. Привыкание позволяет нам, ложась спать, не замечать тиканья стенных часов, а утром, уже через одну-две минуты, переставать ощущать прикосновение к телу только что надетой одежды. Привыкнуть не делать чего-то лишнего способны все без исключения животные. Ученых главным образом интересовало, не удастся ли научить гидру делать что-то новое и полезное. Казалось, что нервная система, имеющаяся у гидры, должна была сделать ее значительно умнее одноклеточных существ.
Для любых животных важно уметь избегать опасности. Этому решили научить и гидру. Ученые постарались, чтобы уроки не были трудными. Над сосудом с гидрой зажигался яркий свет, а через несколько секунд после этого на мгновение включался электрический ток, и через опущенные в воду электроды гидра получала электрический удар. Эта процедура не из приятных. В ответ на раздражение тело гидры сжимается, щупальца втягиваются, и некоторое время она, как бы притаившись, сидит неподвижно. Когда животное приходит в себя, все повторяют снова, и так много раз. В конце концов наступает такой момент, когда одна вспышка света заставляет гидру вздрагивать или сжиматься в комочек.
Создается впечатление, что гидра ведет себя достаточно разумно, разобралась в создавшейся ситуации, запомнила, что вслед за вспышкой света следует удар электрического тока, и теперь, как только зажигается свет, сжимается, чтобы как-то защититься от электричества. Внешне реакции гидры напоминают обычный условный рефлекс. Однако оказалось, что между ними лишь внешнее сходство. Впечатление, будто гидра умное существо,— обманчиво. Ученые заметили, что гидра вздрагивает и сжимается не только при действии света, но и от любого другого воздействия. Хлопнет в комнате дверь, упадет в сосуд с гидрами капля воды, и пожалуйста — испуганные гидры сжались в комочек. Значит, это не условный рефлекс, а просто животные стали более пугливыми. Такое состояние, вероятно, каждому приходилось испытывать. Когда идешь ночью по темному лесу, невольно вздрагиваешь от каждого шороха, на который днем и не обратил бы даже внимания, хотя прекрасно понимаешь, что в наших лесах ни тигры, ни пантеры не водятся. Просто от невольного страха наш мозг настолько возбужден, что любого слабенького дополнительного раздражителя достаточно, чтобы осуществилась оборонительная реакция и человек вздрогнул.
Выработанную у гидр реакцию назвали суммационным рефлексом. Пока шел опыт, животные постепенно возбуждались. Возбуждение от каждого удара электрического тока суммируется с предыдущими, пока не достигнет такой величины, что теперь любое слабое дополнительное воздействие оказывается достаточным, чтобы животное ответило оборонительной реакцией. Такая гидра похожа на переполненный водою кувшин. Стоит влить в него еще ложку жидкости — и вода польется через край. Стоит усилить возникшее у гидры возбуждение — добавить новую порцию,— и оно «выплеснулось» наружу, вызвав оборонительную реакцию животного. Вот почему любой раздражитель заставляет перевозбужденную гидру съеживаться в комочек.
Важнейшая особенность суммационного рефлекса состоит в том, что суммация возбуждения сохраняется очень недолго. Пройдет пять — десять часов, животное успокоится, возбудимость его нервной системы придет в норму, и гидра ни на свет, ни на шум уже не ответит оборонительной реакцией.
Суммационный рефлекс, безусловно, полезен. Если животное постоянно сталкивается с чем-нибудь неприятным, ему нужно быть постоянно к этому готовым. Уж лучше лишний раз испугаться зря, чем неподготовленным столкнуться с чем-нибудь опасным или вредным. Кишечнополостных животных никак не назовешь хорошими учениками, но они все же оказались способнее одноклеточных организмов. Ведь их удалось научить бояться света, сжиматься при каждой его вспышке.

направо или налево?

Дождевой червь наверняка известен всем. Однако не спешите сказать, что вы знакомы с ним хорошо. Нелепо извивающийся на рыболовном крючке, он здесь совсем не таков, как у себя дома, в норе. Знаете ли вы, например, что это животное, не имеющее даже глаз, ничуть не уступает нам в чувствительности к свету. Взрослый червяк, благодаря светочувствительным клеткам кожи, отвечает оборонительной реакцией на такой слабый свет, который не всегда даже воспринимается человеческим глазом.
Живут дождевые черви в самостоятельно вырытых норках. Для землекопа, не имеющего ни рук, ни ног, это достаточно сложная работа. Единственное орудие труда, заменяющее червю лопату,— его голова, если решиться назвать головой передний конец тела этого животного. Приступая к земляным работам, червь его максимально вытягивает, при этом кончик становится тонким-тонким. Ощупывая им поверхность земли, наш землекоп старается найти хотя бы крохотную щелку, чтобы засунуть туда «голову». Если это удается, начинает работать ударный механизм. Внутри, под мышечным слоем, у червя находится массивная глотка. Она достаточно подвижна, может оттягиваться немного назад и смещаться вперед, двигаясь достаточно быстро. Свою подвижную глотку червь использует как молот. Быстрыми ударами изнутри он старается забить «голову» как можно глубже в землю. Затем сокращением продольной мускулатуры раздувает забитую в почву часть тела, расширяя проделанное отверстие, и вновь вколачивает голову глубже. Так, забивая и раздувая переднюю часть своего тела, червь продвигается дальше и дальше.
Если под натиском червя земля уплотнилась настолько, что не поддается его усилиям, животное меняет тактику. Он отрывает губами маленькие кусочки земли и проглатывает их. В летнюю засуху землекопу приходится смачивать почву своею слюной. Когда пищеварительный тракт полностью заполняется землей, червь пятится назад к поверхности и здесь, у входа в норку, Выбрасывает ее. Характерные кучки на поверхности земли выдают присутствие в почве дождевых червей. За сутки каждый червь пропускает через свой кишечник столько земли, сколько весит сам. Если учесть, что на площади в один квадратный километр проживает от пятидесяти миллионов до двух миллиардов дождевых червей, то их работа покажется внушительной — двести — триста тонн земли в сутки! И нужно напомнить, что работа по рыхлению и перемешиванию почвенного слоя крайне полезна. Она способствует увеличению плодородия почвы.
Жизнь дождевого червя однообразна. Все светлое время дня, если, конечно, не случится большого дождя, он сидит в норке, головой к тщательно заткнутому входу. В сумерки подземный житель оживляется, выползает на поверхность, но полностью расстаться со своим домом не решается. Когда хвост в норе, можно мигом удрать от любой опасности. К тому же он не умеет запоминать дорогу домой. Оторвавшись хотя бы ненадолго от своей норы, червяк обрекает себя на необходимость к утру заняться земляными работами по сооружению нового убежища. Поэтому он цепляется задним концом тела за край норки, а передний вытягивает как можно дальше и тщательно обследует все вокруг. Наткнувшись на какой-нибудь предмет, он присасывается к нему губами и тащит в нору. Если крупный камушек, толстую палочку или слишком большой лист затащить не удается, то, недолго помучившись, червь без видимого сожаления его бросает. Зато мелкие камушки мигом оказываются в норе, и хозяин дома вдавливает их в стенку, укрепляя свое жилище.
Интересно наблюдать, как хозяин норы затаскивает туда древесный лист. Сделать это нелегко, дождевые черви слишком осторожные животные. Чтобы справиться с находкой, им нужна не только сила, необходима известная сноровка. Лист удастся затащить под землю, только если его схватить за верхушку, за острый верхний кончик. Черешком вперед тащить бесполезно, он наверняка застрянет. Червь действует методом проб и ошибок: потянет здесь, потянет там, пока не найдет такое положение, при котором сопротивление листа окажется наименьшим. Действует он не совсем вслепую. За черешок листа тянуть не будет. Но это не результат осознанного подхода к работе и не инженерная смекалка. Просто вкус черешка не привлекает червя.
Нелегко затащить в нору сосновую иголку. Они растут парами, и, если тянуть за кончик одной из них, вторая упрется в землю и работу придется начинать сначала. Здесь приходится тащить за черешок. Видимо, черешки сосновых игл не вызывают у животных особого отвращения, да к тому же сами иглы чересчур тонки, и присасываться к ним губами неудобно. Хвоя и начинающие подгнивать листья используются хозяевами подземелий в пищу, а для почвы являются прекрасным удобрением.
Нервная система дождевого червя гораздо совершеннее, чем у кишечнополостных животных. Вместо жиденькой сети нервных клеток, природа наделила его уже хорошо оформленной центральной нервной системой: на брюшной стороне животного, вдоль всего его тела тянутся две параллельно идущие цепочки нервных ганглиев — скоплений нервных клеточек. Две пары самых первых — наиболее крупные. Они даже получили специальные названия надглоточных и подглоточных ганглиев. Именно сюда поступает информация с переднего конца тела, когда червь обследует пространство, окружающее нору. Пользуясь преимуществами своего положения и своего размера, эти нервные узелки пытаются вмешиваться в работу всей остальной нервной цепочки, как бы беря на себя функцию, принадлежащую у высших животных головному мозгу.
Усовершенствования в устройстве нервной системы дождевого червя по сравнению с кишечнополостными животными столь значительны, что резонно ожидать и существенной прибавки к его «умственным способностям». Чтобы проэкзаменовать червей, ученые придумали достаточно сложную задачу. Животных сажали в искусственную нору с прозрачным потолком. Своею формой нора напоминает букву Т, поэтому такое устройство исследователи называют Т-образным лабиринтом. Червя помещают в отрезок норы, соответствующий ножке буквы Т, головой в сторону развилки. Если, добравшись до перекрестка, червяк свернет вправо, он получит удар электрического тока. Здесь на дне норки находятся оголенные провода, подключенные к источнику тока. Левый отнорок ведет в небольшую камеру, наполненную чуть влажной землей. Там червяк должен чувствовать себя достаточно уютно. Для него прямой расчет запомнить дорогу в комфортабельное убежище.
Земляных червей тренировали долго. Большинство в конце концов научилось выбирать в лабиринте правильное направление. Правда, даже лучшие ученики до последнего дня продолжали время от времени грубо ошибаться. Учащиеся, хорошо справлявшиеся с заданием сегодня, на следующем экзамене вполне могли заработать «кол». Они совсем забывали полученный урок и, упорно поворачивая направо, систематически получали за это соответствующее наказание. Интересно, что черви, которым удалили надглоточные ганглии — самую важную часть их нервной системы, учились ничуть не хуже своих нормальных товарищей. Это значит, что надглоточные ганглии, обычно называемые головным мозгом червя, к образованию этих оборонительных навыков прямого отношения не имеют.

Ученых интересует не только то, чему можно научить животных. Для них еще важнее выяснить, что при этом происходит в мозгу «учеников». Внимательные наблюдения за дождевыми червями показали, что память у них никудышная. Просто под воздействием ударов электрического тока ганглии, дающие команду о повороте налево, бывают возбуждены несколько сильнее, чем те, что руководят правым поворотом. Поэтому их «голоса» звучат сильнее, и команды свернуть налево оказываются как бы более «громкими». Обычно мышцы червя именно эти распоряжения и выполняют, и ученик без помех попадает в убежище.
Присматриваясь к поведению своих подопытных животных, ученые обратили внимание, что приобретаемые ими навыки по прочности и устойчивости значительно превосходят суммационные рефлексы гидры. У дождевых червей они, даже без дополнительной тренировки, могли сохраняться несколько дней. Ясно, что навыки дождевых червей помогают им избегать многих неприятностей, а значит, очень полезны. Так что, оценивая способности дождевых червей по пятибалльной системе, следует отнести их к разряду прочных троечников. Гордиться тут, конечно, нечем, но все-таки приходится признать, что у них уже наметилась способность приспосабливаться к изменениям, возникающим в окружающем мире.

безголовый предок

До сих пор в нашем лабораторном зоопарке мы останавливались у «клеток» с так называемыми беспозвоночными животными. Изучение их умственных способностей, безусловно, имело важное значение, но интереснее было бы проследить, как оно развивалось у хордовых. К этому типу организмов, как вы знаете, относятся все высшие животные и даже человек.
Лет двести назад зоологи обнаружили в теплых морях невзрачное беловато-прозрачное существо, не то какого-то странного червяка, не то моллюска. За сходство с обоюдоострым хирургическим ножом — ланцетом его назвали ланцетником. Лишь сто лет спустя русский ученый академик А. О. Ковалевский, подробно изучив странное существо, установил, что по одним признакам он действительно похож на кольчатых червей и моллюсков, а по другим — находится в родстве с рыбами. Стало ясно, ланцетник — представитель примитивных существ, являющихся предками всех позвоночных животных.
Значит, и знакомство с умственными способностями позвоночных животных следовало начать с ланцетника. Но вот незадача: никто не знал, где их можно наловить. Хотя это животное пользуется всеобщей известностью, и даже в школьном учебнике зоологии целых три страницы отведены ланцетнику, но в последние десятилетия никто из советских зоологов не занимался его изучением и даже не видел живых ланцетников. Было известно лишь, что ланцетники обитают в Черном море и лет семьдесят — восемьдесят назад они, случалось, попадались у крымских берегов, где-то в районе мыса Феолент, на траверзе Георгиевского монастыря.
Сейчас в этом районе проходит оживленная морская дорога. С раннего утра и до позднего вечера проносятся стремительные суда на подводных крыльях, «Ракеты» и «Метеоры», перевозя тысячи туристов. Немного поодаль нескончаемой вереницей тащатся медлительные сухогрузы, танкеры и водовозы, вертлявые рыболовные траулеры, величественно плывут громады белоснежных красавцев теплоходов. Чтобы плавать по этой морской улице, нужно обладать высокой квалификацией. Здесь нельзя не только останавливаться, но и замедлять движение, тем более не полагается заниматься рыболовством, ставить сети или опускать трал. Нельзя же из-за поимки двух десятков ланцетников приостановить все это оживленное движение, да и кто поручится, что они обитают здесь и теперь.
Все же знающего человека удалось разыскать. В самом центре Севастополя, на берегу бухты, утопая в зелени сада, стоит красивое здание Института биологии южных морей. Этот прославленный институт основали два выдающихся отечественных ученых — Н. Миклухо-Маклай и А. О. Ковалевский. В институте бесчисленные аквариумы. Одни предназначены для научной работы, другие являются морским зоопарком. Возле них с утра до вечера толпятся любознательные экскурсанты. Огромную живую коллекцию приходится постоянно обновлять, кормить, украшать морскими растениями. Для этой цели институт выделил фелюгу — самое маленькое из своих экспедиционных судов. Ее капитан, выполняя нелегкие обязанности по снабжению морского аквариума, знал о жизни обитателей Черного моря, кажется, все. Правда, и ему ловить ланцетников еще не приходилось.
От Севастополя до мыса Феолент рукой подать. Городской автобус доставляет сюда пассажиров меньше чем за час, но для маленькой фелюги это целое морское путешествие. Однообразно стучит мотор, ленивая полуденная волна покачивает судно, а слева по борту тянется высокий обрыв. На исходе третий час пути, и, наконец, из-за очередного берегового изгиба показались гористые уступы Феолента, громада старинных зданий монастыря и сбегающий к самому пляжу роскошный парк. А вот и две огромных скалы, поднимающихся из воды у входа в небольшую бухту. Капитан сходит с фарватера и замедляет ход. За борт уходит мелкоячеистый трал, а на мачте взвивается сигнал: «Лишен хода, веду ремонтные работы».
Донный трал похож на большой и тяжелый совок, который тянут на канате за медленно идущим судном. Благодаря своей тяжести, трал, слегка углубляется в песок, срезая и захватывая верхний слой донного грунта со всеми его многочисленными обитателями. Под судном сорокаметровая глубина. Малосильная лебедка медленно поднимает тяжелый трал. Ученые напряженно всматриваются в прозрачную глубину. Вот внизу показалась неясная тень, еще минута-другая, и трал поднят на палубу. Он полон голубовато-серого крупнозернистого песка. Ни одного живого существа не видно на его бугристой поверхности. Один из ученых с сомнением разминает на своих ладонях горсть донного грунта, вторую, третью... Вдруг в трале что-то стремительно мелькнуло и тут же исчезло в песке. Затем еще и еще. Животные так прозрачны, что, пока сидят неподвижно, их не видно, а когда они стремительно проносятся в воде, разглядеть их тем более невозможно.
Что это может быть? Ни на кого из известных животных как будто бы не похожи. Может быть, ланцетники? Во всех руководствах сказано, что ланцетники плавают, волнообразно извивая свое тело. Неизвестное существо явно изгибает тело, но эти стремительные броски как-то не хочется назвать плаваньем. Однако разбираться некогда. Содержимое трала поспешно ссыпается в бочку, и трал снова летит за борт. Наконец все лохани, тазы и бочки наполнены морским песком, и судно ложится на обратный курс.
Время тянется мучительно долго, а однообразным берегам не видно конца. Полуденное солнце палит невыносимо. Лохани с добычей закрыты от солнечных лучей брезентом, но защита ненадежна. Ученые в волнении, выдержат ли жители прохладных глубин летнюю севастопольскую жару. Не задохнутся ли, придавленные тяжестью песка? Судовая помпа работает не переставая, подливая в песок забортную воду. Но на ходу нет возможности забирать ее из глубины, а на поверхности она теплая и грязная. Все-таки около двух сотен животных добрались до берега вполне благополучно. Здесь рассмотреть их было легче. Они действительно оказались ланцетниками, и работа закипела.
Черноморские ланцетники весьма миниатюрные создания. Их обычная величина всего два-три сантиметра, лишь изредка попадаются великаны ростом до четырех сантиметров. В более теплых морях они значительно крупнее. У берегов Неаполя, где их главным образом и изучал А. О. Ковалевский, живут гиганты длиною по шесть-семь сантиметров. Тело животных сильно уплощено с боков и заострено на переднем и заднем концах. Кожная складка, образующая хвостовой плавник, придает телу характерную форму ланцета. Спереди находится никогда не закрывающийся рот, задраенный густой решеткой переплетенных щупалец. Они не дают песку набиваться в пищевод, но не мешают попадать туда одноклеточным водорослям и микроскопическим животным, которые засасываются туда с током воды.
Основой тела ланцетника служит плотный упругий стержень — хорда. Это первый вариант внутреннего скелета. У беспозвоночных животных скелет наружный — твердые хитиновые покровы тела. А хорда ланцетника — это уже модель будущего позвоночника, который в более совершенном виде возник у рыб. Над хордой расположена нервная трубка — центральная часть нервной системы животного,— а от нее в обе стороны отходят многочисленные нервы. Ни настоящей головы, ни тем более головного мозга у ланцетника нет. Из всех современных хордовых это единственное безголовое животное. В море он живет примитивной жизнью. Разогнавшись, с разбега зарывается в песок и остается в своем убежище неделями. Что заставляет его время от времени менять квартиру, выяснить пока не удалось. Никаких строительных работ, ни манипуляций с окружающими предметами, как это умеют делать дождевые черви, ланцетники не производят, но в умственных способностях червякам не уступают.
В лаборатории ланцетников пытались научить избегать опасных ситуаций. Над сосудом с животным вспыхивал яркий свет, а затем оно получало удар электрического тока. Подстегнутые электроболевым раздражителем, ланцетники пулей вылетали из своего укрытия и, сделав два-три стремительных круга, вновь ныряли в песок. Уже через тридцать — тридцать пять сочетаний свет начинал вызывать у животных двигательную реакцию. Они шевелили своим хвостом, сгибали и выпрямляли тело, медленно отплывали из освещенного круга или стремительно уносились прочь, как от удара электрическим током. Реакция на свет сохранялась около суток или немного дольше и была такой же неустойчивой, как и навыки дождевых червей. Однако, если сравнить их поведение с реакциями гидр, заметна разительная разница. Как вы помните, гидры, задерганные ударами электрического тока, начинали бояться любых воздействий, даже совсем безобидных. Напротив, ланцетники научились избегать только света. Другие раздражители их не пугали. Видимо, они «запомнили», что именно свет предвещает серьезные неприятности, и старались покинуть освещенные участки аквариума. Таким образом, по длительности сохранения образованных навыков ланцетники значительно обогнали и гидр и дождевых червей. Небольшой шаг вперед, но чего можно ждать от существа, не имеющего даже головного мозга.

трехглазый подводник

Миноги — жители пресных и соленых вод. Они широко распространены по земному шару, но тропиков решительно избегают. Всего известно около двадцати пяти видов миног. В Балтийском море наиболее заметна европейская речная минога. Как и все ее родственники, она имеет длинное червеобразное тело с голой, покрытой слизью кожей. Спина и бока темно-серые, иногда почти черные, а брюхо светло-желтое или матово-белое. Небольшая голова никак не отделена от туловища. На ней три глаза; два, как и полагается, располагаются по бокам головы, а третий наверху. Его называют теменным. В нем нет хрусталика, поэтому различать четко контуры предметов он не может, но свет улавливает хорошо и верой и правдой служит своей хозяйке.
У миноги удивительный рот. Он имеет вид воронки и по краю окаймлен кожистой бахромой. Костных челюстей нет, но мягкие края рта и языка покрыты множеством зубов. Взрослые миноги — хищники, они питаются живой рыбой. Присосавшись к телу жертвы своим воронкообразным ртом, миноги как теркой протирают зубастым языком рыбью чешую и кожу. Затем выпускают в ранку какую-то жидкость, которая не дает свертываться крови, и переваривают живые ткани тела жертвы. Их и поглощают.
За особое устройство рта миноги отнесены к надклассу бесчелюстных животных, некогда широко распространенных на Земле. Из их многочисленной братии до наших дней дожили только миноги и миксины, которых ученые объединяют в особый класс круглоротых животных. Так что к рыбам, как думают хозяйки, охотно покупающие осенью деликатесный продукт, они прямого отношения не имеют.
У большинства миног детство длится гораздо дольше, чем последующая взрослая жизнь. Икру родители откладывают в ручьях, речках и в крайнем случае — в озерах. Крошечные личинки — их называют пескоройками — зарываются в донный ил, которым и питаются. После четырех-пяти лет такой спокойной жизни у личинки начинаются серьезные перестройки организма, и пескоройка превращается во взрослое животное. В этот период ее рот приобретает вид воронки и оснащается многочисленными зубами.
Все время, пока длится превращение, личинки обходятся совершенно без пищи. Закончив развитие и став, наконец, взрослыми, миноги спешат к морю и ищут подходящую жертву. Теперь они — хищники и на мясной пище быстро растут и жиреют. Уже через год миноги достигают предельной величины и накапливают столько жира, что теряют интерес к еде. Оставшиеся полгода-год жизни они добровольно постятся. Сейчас их заботит только одно — необходимость обзавестись потомством.

На нерест миноги возвращаются в родные ручьи и речки. Более шустрые животные, первыми накопившие необходимое количество жирку, подходят к устьям рек уже в начале лета, но только осенью начинается их массовый ход. Икру животные откладывают в глубоких участках реки с каменистым дном и быстрым течением. Здесь самцы строят гнезда, выкапывая продолговатые ямки овальной формы. Сначала со строительной площадки удаляется галька. Мелкие камушки животные уносят, присосавшись к ним присоской. Более крупные и тяжелые оттаскивают волоком, опираясь о дно хвостом, или отбрасывают резким движением туловища. Затем, присосавшись к какому-нибудь надежному камню, самец сильными движениями извивающегося тела углубляет ямку, выбрасывая оттуда песок, гравий.
Все время, пока идет строительство, самка находится тут же, описывая над гнездом плавные круги, но в строительных работах участия не принимает, лишь время от времени нежно касается своего супруга, поощряя его продолжать строительство. Только когда работа подойдет к концу, она присоединяется к самцу, чтобы навести окончательный лоск. Хозяин гнезда с удовольствием принимает знаки внимания своей избранницы и настороженно следит за тем, чтобы поблизости не оказался другой самец. Тогда он бросается на пришельца, присасывается к его телу и выталкивает с занятой территории. Икра откладывается, только когда сооружение гнезда будет полностью закончено. Родители не остаются его охранять. От длительного поста и активной деятельности они обессилели, им хочется спрятаться в спокойное тихое местечко, и, забившись под камни, взрослые миноги вскоре погибают. Круглоротые животные — первые в ряду хордовых, которые обзавелись головным мозгом, причем мозгом удивительно сложно устроенным. В нем есть все те отделы, из которых состоит и мозг человека. Правда, они еще плохо развиты, да и весь мозг меньше спичечной головки, но все же это мозг, который должен сделать их достаточно умными. Сложное поведение во время нереста вроде бы подтверждает это предположение. Однако экзамен в лаборатории разочаровал ученых. Способностью обучаться миноги почти не отличались от земляных червей и ланцетников. Настоящие условные рефлексы у них не вырабатываются. Миноги способны приобретать полезные навыки, но образуются они с большим трудом, а сохраняются очень недолго. Почему, обзаведясь головным мозгом, миноги остались малоразвитыми животными? Пока объяснить этот парадокс не удалось. Не исключено, что время для экзамена миногам было выбрано не слишком удачно. Ловят их в реках, когда миноги заходят туда на нерест. В лабораторный зоопарк они попадают осенью и живут там до весны. В это время даже на воле у миног голова не болит ни о чем, кроме нереста. Как уже говорилось, осенью они забывают даже о еде.

Умеют ли животные думать? ........................................................................................................ 3
На пьедестале собака ...................................................................................................................... 8
Шаг первый ................................................................................................................................... 16
В младших классах .......................................................................................................................... 43
Среднее образование ...................................................................................................................... 77
В старших классах ........................................................................................................................... 115
Потребность общения ..................................................................................................................... 157
Рубеж (вместо эпилога) .................................................................................................................. 196

Шаг первый

Оглавление