Canlı organizmaların adaptif reaksiyonlarının çeşitli formları iki gruba ayrılır. İçgüdüler, sürekli ve periyodik çevresel olaylara adaptasyon olarak gelişmiştir.
İkinci grup, hayvanların bireysel yaşamda buldukları davranış türlerini, daha kesin olarak, her canavarın kendi zihniyle anladığı ve acı çektiğini birleştirir. Bu reaksiyonlar vücudun beklenmedik, hızla değişen varoluş koşullarına uyum sağlamasına yardımcı olur.
Her iki uyarlanabilir faaliyet biçimi de organizmalar için faydalı sonuçlar elde etmeyi amaçlayan ardışık eylem dizisini içerir. Bununla birlikte, bu tür eylemlerin doğuştan gelen ve edinilmiş bir faaliyet içinde programlanması farklı şekillerde gerçekleştirilebilir.
Wasp ve Aplis salyangoz altın yumurta
Kural olarak, içgüdüsel aktivite katı programlara dayanır. Böceklerin yaşamını inceleyen olağanüstü Fransız doğa bilimci J.Fabre, sarı kanatlı yaban arısı sfenksinin ilginç bir içgüdüsel davranış biçimine dikkat çekti.
Bu eşek arılarının belirli bir gelişim aşamasında, iç hormonal değişikliklerin ve çevresel faktörlerin (özellikle hava sıcaklığı ve gün uzunluğu) etkisi altında yumurta olgunlaşması başlar. Ayrıca erteleme ihtiyacı da var. Etçil eşekarısının bu davranış aşaması, içgüdüsel aktivitenin tipik bir örneğidir.
Eşekarısı tenha bir yerde belirli bir şekli kazarak başlar. Daha sonra, yumurtadan çıkar çıkmaz larvalar için yiyecek olarak hizmet etmesi gereken av için uçar. SFEX için oyun bir alan kriket olduğunu. Sfex bir kriket tespit eder ve sinir düğümlerindeki güçlü sokmalarla felç eder. Onu deliğe çeken yaban arısı onu girişin yakınına bırakır, durumu kontrol etmek için deliğe iner.
Delikte yabancı olmadığından emin olduktan sonra, yaban arısı avını oraya sürükler ve yumurtalarını göğsüne bırakır. Ayrıca, girişi onlarla kapatmak için birkaç kriket deliğe sürükleyebilir. Sonra uçup gidiyor ve bu yere geri dönmeyecek.
Bir yaban arısının davranışının tüm aşamalarını dikkatlice düşünürseniz, tüm hareketlerinin tek bir sonuca bağlı olan eşsiz bir programa göre yumurtlandığını fark edeceksiniz - yumurtlama. Bilim adamı J.Fabre defalarca deliğin incelenmesi sırasında eşekarısının girişte bıraktığı kriketi geri itti. Bu durumda, delikten çıkıp avın çok uzakta olduğunu fark eden yaban arısı tekrar yakaladı, girişe çekti ve sonra deliğe indi, ama yine yalnız kaldı. Yaban arısı yorulmadan tüm eylemleri tekrarladı: kriketi sürükledi, sonra düşürdü, vizonu kontrol etti, sonra tekrar geri dönmek için.
Bu nedenle, bir yaban arısı davranışında, bir kilometre taşı sonucu elde etmeyi amaçlayan aktivitesinin önceki her sonucu, sonraki eylemin gelişimini belirler. Eşek arısı bir önceki aşamanın başarıyla tamamlandığı hakkında bir sinyal almazsa, asla bir sonraki aşamaya geçmez.
Bütün bunlar, yaban arısının davranışının katı bir programa göre inşa edildiğini göstermektedir. İç ihtiyaç, motivasyon ile tetiklenir. Ancak programın uygulanması, hayvanın uyarlanabilir aktivitesinin aşamalı ve nihai sonuçları ile belirlenir. Ne olduğunu, aşağıdaki gözlemler gösteriyor. Eşek arısı girişini duvarladıktan sonra, çabalarını gözlerinin önünde gerçekten yok edebilirsiniz. Yumurtaların kaderi, görevi tamamlandıkça artık yaban arısı ile ilgilenmiyor.
Bu programın tamamı kalıtsal mekanizmalar tarafından belirlenir. Sonuçta, yaban arısının torunları asla ebeveynleriyle buluşmayacak ve onlardan hiçbir şey öğrenmeyecekler. Bununla birlikte, bu kalıtsal mekanizmalar sadece belirli çevresel faktörlerin varlığında yürürlüğe girer. Eşekarısı onları bulamazsa, nane için yumuşak toprak deyin, tüm eylem zinciri karışır ve kırılır. Ve sonra bu kötü niyetli yerde bütün eşekarısı popülasyonu ölüyor.
Öyle görünüyor ki her türlü içgüdüsel aktivite inşa ediliyor.Bu, tüm kıtalarda ve denizlerin ve okyanusların uçurumlarında çalışan bilim adamları tarafından, kanatlı, dört ayaklı, pullu, pinniped, yeryüzü ve diğer gezegenlerimizin davranışlarını ve alışkanlıklarını doğruladı.
Hayvanların içgüdüsel davranışının açıklığı ne kadar geniş olursa, insana daha büyüleyici bir şekilde, yaşayan doğanın en büyük sırrı tarafından çekildi. Vücut içgüdülerinin iç özellikleri nelerdir? 1951-1953 yıllarında açıldıktan sonra. J. D. Watson, F. Crick ve M. Wilkins DNA'nın yapısından, bu soru somutlaştırılmıştır ve şimdi kulağa şöyle geliyor: doğuştan gelen davranışlar genlerde nasıl kodlanır ve nasıl kontrol edilir?
Bu soruya en canlı ve bilgilendirici cevap, E. Candela liderliğindeki bir grup Amerikalı sinirbilimci tarafından verildi. Aplizia deniz salyangozlarında sfex - yumurta bırakma ile aynı davranış biçimini incelediler. Aplizia yumurtalarının döşenmesi, bu deneylere katılanların, bir milyondan fazla yumurta içeren bir kord olduğunu söylüyor. Döllenmenin meydana geldiği hermafroditik bez kanalının kası kaslarının etkisi altına girer girmez, yumurtalar itilmeye başlar, salyangoz hareket etmeyi ve yemeyi bırakır. Solunum ve kalp atış hızı artar.
Salyangoz ağzıyla bir kordon yumurtası tutar ve başını hareket ettirerek kanaldan çıkarır ve sonra bir çile haline getirir. Son olarak, başın hareketi ile hayvan, duvarcılığı sağlam bir tabana bağlar.
E. Kandel ve I. Kupferman abdominal gangliyonda (yani nöronların birikmesi) aksiller sinir hücreleri olarak adlandırılan aplisiada bulundu. Onlardan bir ekstrakt elde edildi ve diğer salyangozların vücuduna sokuldu. Ve bu ekstrakttaki bazı maddelerin yumuşakçaların davranışı üzerindeki gücünün o kadar büyük olduğu ortaya çıktı ki salyangozlar henüz olgunlaşmamış olsalar bile hemen yumurtalarını bırakmaya başladılar. Dahası, böyle bir özüt alan döllenmemiş salyangozlar, yumurta serme ritüelinden ayrı hareketler yaptı.
Bilim adamları, aksiller hücrelerin ekstresinin aktif prensibini oluşturan maddelerle ilgileniyorlar. Bunlara, biri GOY - yumurta bırakma hormonu denilen 4 peptit (yani amino asitlerin kısa zincirleri) olduğu ortaya çıktı. Bu keşfin tam bir sürpriz olmadığını unutmayın. Diğer biyolojik olarak aktif maddeler arasında peptitler şu anda en yoğun şekilde incelenmektedir.
Sonuçta, ihmal edilebilir miktarlarda hareket eden bu küçük proteinler, vücudun neredeyse tüm hayati süreçlerini düzenler: beslenme, solunum, sekresyon, üreme, termoregülasyon, uyku, vb. Farklı dokulardan izole edilen peptitlerin sayısı zaten 500'ü aşmıştır. sinir dokusunda sentezlenir ve davranışları doğrudan kontrol eder.
"Aksiller" aplizia peptitlerinin rolü de aynıydı. Amerikalı bilim adamları, bu peptitlerin en güçlü ve seçici etkiye sahip olduğu aplsia sinir sisteminde 7 nöron buldular. Biyologlara göre, bu 7 hücre komuta nöronları olarak işlev görür. Başka bir deyişle, yumurtlamayı sağlayan fonksiyonel sistemin bir parçası olan aplisinin geri kalan sinir hücrelerini kontrol ederler. Herhangi bir apliada, "aksiller" peptitlerin etkisi altındaki bu hücreler aynı anda elektriksel uyarılar üretmeye başlar ve bu durumda elektriksel "konuşmalarının" sesi, bu nöronların bir elektrik "sesi" verdiği diğer durumlardan tamamen farklıdır.
Bu komuta nöronlarının lansmanına ek olarak, aksiller hücrelerden gelen dört peptit, nihai bir hedef olan yumurta bırakma uğruna yakından bağlantılı olan başka mesleklere de sahipti. Bir peptit kalp atış hızını yavaşlatır. Bir diğeri, hermafroditik bezin kanalını keser, böylece kordon çıkar. Üçüncüsü salyangozun iştahını bastırır, böylece obur anne kendi yavrularıyla yemek yemez.
F. Strumwasser ve arkadaşları kokleanın üreme sisteminden 2 peptit daha izole ettiler. Onlara peptit A ve peptit B denirdi.Yeni tarif edilen dört peptidi salgılamak için aksiller hücreleri zorlayan onlardı. Bu keşif sayesinde, fonksiyonel bir yumurtlama sisteminin başlatılması için mekanizmalar daha açık hale geldi.
Böylece, sinir hücrelerini bir çalışma derneğine "birleştiren", eylemlerine tabi olan olası nöron bileşikleri kümesinden seçim yaparak ve bunları fonksiyonel sistemlere dahil eden peptitler olduğu doğrulandı. Nöronlarla birlikte peptitler, periferik hücreleri bir toplum içinde birleştirir. Tüm bu devasa hücre topluluğunun peptit koordineli aktivitesinin bir sonucu olarak, yararlı bir davranış sonucu elde edilir.
Buradaki her şey mantıklı ve düşünceli görünüyor. Ama aslında, sinirbilimciler şifresi çözülmüş genlerle çalışmaya başlayana kadar çok önemli bir sorun çözülmedi.
Dört peptidin tamamı kim tarafından “düzen” ile aksiller hücreler tarafından sıkı bir şekilde salgılanmaya başladı? A ve B peptidlerinin etkisi altında mı? Elbette. Ama sonuçta, bu maddeler sadece aksiller hücrelerde gizemli bir mekanizma başlattı. Peki nasıl davranıyor?
Bu soru çok önemli. Sonuçta, peptitlerin tahsisinde bu sıraya ve orantılılığa değerdi ve aplizinin içgüdüsel davranışının sert programlamasının, en azından bir şekilde kırılmaya ve hiç yumurta bırakmayacağına dayanıyordu. Açıkçası, bu, bazı peptit gruplarının “el yazısının” da tahmin edildiği sfex ile de olur.
Nörobilimciler ilk önce bir fonksiyonel gruptan peptitlerin sentezinin doğasının bir ve aynı geni veya en az birkaç geni emdiğini, ancak düzenleyici mekanizmaların ortaklığı ile yakından bağlantılı olduğunu öne sürdüler ve kanıtladılar.
Genetik mühendisliği yöntemlerini kullanarak, Amerikalı araştırmacılar üç aplisia geni için nükleotit sekansını tanımladılar ve tam olarak kurdular. İlk "kesin olarak tanımlanmış bir sekansta" aksiller hücrelerin dört peptidi. Diğer iki gen, peptit A ve B'yi sentezledi. Bu genlerin nükleotit sekansının analizi, çift bölgeler ortaya çıkardı. Bu, üç genin de aynı öncüden geldiğini gösterir. Evrim sırasında muhtemelen mutasyona uğramıştı. Örneğin, bu genin kopya sayısı artabilir (kopyalanabilir). Yeni oluşturulmuş genleri etkileyen yeni mutasyonlar nedeniyle kendi evrimine başladılar. Sonuç olarak, yeni peptit familyalarının oluşumu yoluyla genlerin kopyalanması, örneğin konjenital davranış programları gibi vücut fonksiyonlarının sayısında bir artışa yol açtı.
Bu çalışmanın biyoloji için önemini abartmak zordur. Peptitler için sistem oluşturucu rol fikrini geliştirmek ve sürdürmek mümkün oldu. Fonksiyonel gen sistemlerinin "genel kollektörleri" nin farklı hücreler üzerindeki etkisine nasıl aracılık ettikleri anlaşıldı. Genetik mutasyonlardan içgüdüsel davranış programlarının çoğalmasına ve karmaşıklığına kadar uzanan evrimsel yol daha açık hale gelmiştir.
Bununla birlikte, bu hipotezler ne kadar cazip olursa olsun, hala aplisia dışındaki hayvanlarda doğrulanması gerekiyordu. Ancak o zaman, bir grup işlevsel olarak bağlı peptidi kodlayan bir genin tüm vücut reaksiyonu üzerinde kontrol ilkesinin doğasındaki evrensellikten bahsedilebilir. Ve bu zaten yapıldı.
Amerikalı bilim adamları N.I. Tublitz ve meslektaşları birbirine bağlı birkaç genin tütün güvesi metamorfozunun son aşamasını - bir böceğin bir pupadan çıkmasını kontrol eden bir grup peptidi kodladığını kanıtladılar. Bu zorlu davranışsal program bir büyük peptidi piyasaya sürüyor. Sinir sisteminde sentezlenir ve güveden çıkmadan iki buçuk saat önce kana salınmaya başlar. Pupadan tırmanan böcek kanatlarını yayar. Diğer üç peptit bu işlemleri kontrol eder. İki tanesi kan damarlarının kan damarlarını doldurmaya yardımcı olur, buradan kanatların kan damarlarına akar ve onları yayar.Üçüncü peptit, kanatların bağ dokusu üzerinde etki eder. Düzleştirirken, onlara esneklik ve sonra - sabit sertlik verir.
1980'den 1983'e kadar Profesör S. Num (Japonya) ve Dr.P. Seburg (ABD) laboratuvarlarında, preproopiomelanokortin proteinini basan gen dizisi kuruldu. Beyinde, bu büyük molekül enzimler tarafından birkaç kısa zincire - peptitlere kesilir. Hayvanlarda ve insanlarda, preproopiomelanokortin peptitleri tek bir fonksiyonel sistem oluşturur. Hepimiz onun eylemine aşinayız. Onun sayesinde, vücudumuz güçlü ve beklenmedik uyaranlara doğuştan gelen bir tepki - stres ile tepki verir.
Preproopiomelanokortin ailesinden bir peptit, glukokortikoid adrenal hormonların salgılanmasını arttırır. Buna karşılık, kaslardaki kan dolaşımını arttırırlar, kasılmalarını arttırırlar, kan şekerini arttırırlar. Başka bir peptit yağın parçalanmasını uyarır. Glikoz ve yağlar nedeniyle rezerv enerji harekete geçirilir. Üçüncü peptit insülin sekresyonunu arttırır ve glikozun dokular tarafından kullanılmasını sağlar. Dördüncü acıyı söndürür. Bu yüzden heyecan, stres sırasında ciddi yaralanmaları bile fark etmiyoruz. Böylece doğa, aşırı bir durumda yaşayan canlıların ana şeyi tamamlamalarını ve daha sonra "kendi kendini iyileştirmelerini" mümkün kılar. Son olarak, ikinci peptit dikkati ve beynin uyanıklık seviyesini arttırır, bu da herhangi bir yaşam durumunda faydalıdır.
Bu yüzden, gerçekten “altın yumurtalar” bilim insanlarına sfenks ve aplizia getirdi. Geçen yüzyılda etobur bir yaban arısı davranışını gözlemleyen J. Fabre, doğuştan gelen davranışın ana dış yasalarını keşfetti. Yaklaşık bir yüzyıl sonra, Amerikalı sinirbilimciler genel olarak beynin doğuştan gelen davranış programlarını depoladığı ve uyguladığı moleküler genetik mekanizmayı ana hatlarıyla belirlediler.
Ancak, bu yönde çalışmalar daha yeni başlamıştır. Gerçekten de, tüm beyin bilimi çalışmalarının nihai hedefi olan memelilerin doğuştan gelen davranışları, aslında hiçbir zaman sfenks, aplisia veya tütün güvesi reaksiyonları kadar zor kodlanmamıştır. Sıcakkanlı hayvanların içgüdüsel davranışlarında yırtıcı bir yaban arısı gözlemlerken J.Fabre'nin gözlemlediği çevresel faktörlerin önemi kıyaslanamaz şekilde daha fazladır. Buna göre, genetik kontrol ilkeleri daha karmaşık, daha plastik ve bazı yönlerden zaten farklıdır.