Die gesamte Vielfalt der Anpassungsreaktionen lebender Organismen ist in zwei Gruppen unterteilt. Instinkte haben sich als Anpassungen an konstante und periodische Umweltphänomene entwickelt.
Die zweite Gruppe vereint die Verhaltensweisen, die Tiere im individuellen Leben gefunden haben, genauer gesagt, die jedes Tier mit seinem eigenen Verstand verstanden und gelitten hat. Diese Reaktionen helfen dem Körper, sich an unerwartete, sich schnell ändernde Existenzbedingungen anzupassen.
Beide Formen der adaptiven Aktivität umfassen aufeinanderfolgende Reihen von Maßnahmen, die darauf abzielen, vorteilhafte Ergebnisse für Organismen zu erzielen. Die Programmierung solcher Aktionen innerhalb einer angeborenen und erworbenen Aktivität kann jedoch auf verschiedene Arten durchgeführt werden.
Goldene Eier von Wespe und Aplis Schnecke
Instinktive Aktivitäten basieren in der Regel auf starren Programmen. Der herausragende französische Naturforscher J. Fabre untersuchte das Leben von Insekten und machte auf eine interessante Form des instinktiven Verhaltens der gelbflügeligen Wespe - Sphex - aufmerksam.
In einem bestimmten Entwicklungsstadium dieser Wespen beginnt unter dem Einfluss interner hormoneller Veränderungen und Umweltfaktoren (hauptsächlich Lufttemperatur und Tageslänge) die Reifung der Eier. Es besteht auch die Notwendigkeit, sie zu verschieben. Dieses Verhaltensstadium der fleischfressenden Wespe ist ein typisches Beispiel für instinktive Aktivität.
Die Wespe beginnt mit dem Graben einer bestimmten Form an einem abgelegenen Ort. Dann fliegt es weg, um nach Wild zu suchen, das als Nahrung für die Larven dienen soll, sobald sie aus Eiern schlüpfen. Das Spiel für sfex ist ein Feldkricket. Sfex erkennt eine Grille und lähmt sie mit starken Stichen in den Nervenknoten. Die Wespe zieht ihn zum Loch und lässt ihn in der Nähe des Eingangs zurück. Sie selbst geht zum Loch hinunter, um die Situation zu überprüfen.
Nachdem sichergestellt wurde, dass sich keine Fremden im Loch befinden, schleppt die Wespe ihre Beute dorthin und legt ihre Eier auf die Brust. Sie kann auch noch ein paar Grillen in das Loch ziehen, um den Eingang damit abzudichten. Dann fliegt sie weg und wird nicht an diesen Ort zurückkehren.
Wenn Sie alle Phasen des Verhaltens einer Wespe sorgfältig abwägen, werden Sie feststellen, dass alle ihre Bewegungen nach einem einzigartigen Programm ausgeführt werden, das einem einzigen Ergebnis untergeordnet ist - der Eiablage. Der Wissenschaftler J. Fabre schob die Grille, die die Wespe bei der Inspektion des Lochs am Eingang zurückließ, viele Male zurück. In diesem Fall, nachdem sie aus dem Loch herausgekommen war und bemerkt hatte, dass die Beute zu weit entfernt war, packte die Wespe sie erneut, zog sie zum Eingang und stieg dann in das Loch hinab, aber wieder allein. Die Wespe wiederholte unermüdlich alle Aktionen: Sie schleppte die Grille, ließ sie dann fallen, überprüfte den Nerz und kehrte danach wieder zurück.
Im Verhalten einer Wespe bestimmt also jedes vorherige Ergebnis ihrer Aktivität, das darauf abzielt, ein Meilensteinergebnis zu erzielen, die Entwicklung der nachfolgenden Aktion. Wenn die Wespe kein Signal über den erfolgreichen Abschluss der vorherigen Stufe erhält, fährt sie niemals mit der nächsten fort.
All dies deutet darauf hin, dass das Verhalten der Wespe nach einem strengen Programm aufgebaut ist. Es wird durch inneres Bedürfnis, Motivation ausgelöst. Die Umsetzung des Programms wird jedoch durch die inszenierten und endgültigen Ergebnisse der Anpassungsaktivität des Tieres bestimmt. Was es ist, zeigen die folgenden Beobachtungen. Nachdem die Wespe den Eingang ummauert hat, können Sie ihre Bemühungen vor ihren Augen buchstäblich zerstören. Das Schicksal der Eier ist für die Wespe nicht mehr von Interesse, da ihre Mission abgeschlossen ist.
Dieses ganze Programm wird durch erbliche Mechanismen bestimmt. Schließlich werden sich die Nachkommen der Wespe niemals mit ihren Eltern treffen und nichts von ihnen lernen. Diese erblichen Mechanismen treten jedoch nur bei Vorhandensein bestimmter Umweltfaktoren in Kraft. Wenn die Wespen sie nicht finden, sagen wir weichen Boden für Nerze, wird die gesamte Kette von Aktionen verwirrt und bricht. Und dann stirbt eine ganze Wespenpopulation an diesem unglücklichen Ort.
Es scheint, dass alle Formen instinktiver Aktivität aufgebaut werden.Dies wurde von Wissenschaftlern bestätigt, die auf allen Kontinenten und im Abgrund der Meere und Ozeane die Manieren und Gewohnheiten von geflügelten, vierbeinigen, schuppigen, Flossenfüßern, Erdbewegenden und anderen unserer Nachbarn auf dem Planeten untersuchten.
Je breiter das vielfältige instinktive Verhalten von Tieren dem Menschen offenbart wurde, desto faszinierender fühlte er sich von dem größten Geheimnis der lebendigen Natur angezogen. Was sind die inneren Eigenschaften der Körperinstinkte? Nach der Eröffnung in den Jahren 1951-1953. J. D. Watson, F. Crick und M. Wilkins über die Struktur der DNA, diese Frage wurde konkretisiert, und jetzt klingt es so: Wie wird angeborenes Verhalten in Genen kodiert und wie steuern sie es?
Die anschaulichste und informativste Antwort auf diese Frage gab eine Gruppe amerikanischer Neurowissenschaftler unter der Leitung von E. Candel. Sie untersuchten das gleiche Verhalten bei Aplizia-Meeresschnecken wie bei sfex - Eiablage. Das Legen von Aplizia-Eiern, so die Teilnehmer dieser Experimente, ist eine Schnur, die mehr als eine Million Eier enthält. Sobald unter dem Einfluss kontrahierender Muskeln des Ductus der zwittrigen Drüse, wo die Befruchtung stattfindet, die Eier herausgeschoben werden, bewegt sich die Schnecke nicht mehr und frisst. Ihre Atmung und Herzfrequenz steigen.
Die Schnecke greift mit dem Maul nach einer Eikordel, bewegt den Kopf, hilft ihr aus dem Kanal und dreht sie dann zu einem Strang. Schließlich befestigt das Tier mit einer Bewegung des Kopfes das Mauerwerk an einer festen Basis.
E. Kandel und I. Kupferman fanden im abdominalen Ganglion (d. H. Der Akkumulation von Neuronen) Aplisia sogenannte axilläre Nervenzellen. Ein Extrakt wurde von ihnen erhalten und in den Körper anderer Schnecken eingeführt. Und es stellte sich heraus, dass die Macht einiger Substanzen aus diesem Extrakt über das Verhalten der Mollusken so groß war, dass die Schnecken sofort begannen, ihre Eier zu legen, auch wenn ihre Reife noch nicht gekommen war. Darüber hinaus machten unbefruchtete Schnecken, die einen solchen Extrakt erhalten hatten, getrennte Bewegungen vom Eiablageritual.
Wissenschaftler interessieren sich für die Substanzen, die den Wirkstoff des Extrakts von Achselzellen bilden. Es stellte sich heraus, dass es sich um 4 Peptide (d. H. Kurze Ketten von Aminosäuren) handelte, von denen eines GOY genannt wurde - das Eiablagehormon. Beachten Sie nur, dass diese Entdeckung keine vollständige Überraschung war. Neben anderen biologisch aktiven Substanzen werden Peptide derzeit am intensivsten untersucht.
Schließlich regulieren diese winzigen Proteine, die in vernachlässigbaren Mengen wirken, fast alle lebenswichtigen Prozesse des Körpers: Ernährung, Atmung, Sekretion, Fortpflanzung, Thermoregulation, Schlaf usw. Die Anzahl der aus verschiedenen Geweben isolierten Peptide hat bereits 500 überschritten. Viele von ihnen werden im Nervengewebe synthetisiert und steuern direkt das Verhalten.
Die Rolle der "axillären" Peptide der Aplizie erwies sich als dieselbe. Amerikanische Wissenschaftler fanden 7 Neuronen im Aplsia-Nervensystem, auf die diese Peptide die stärkste und selektivste Wirkung haben. Laut Biologen fungieren diese 7 Zellen als Befehlsneuronen. Mit anderen Worten, sie kontrollieren die verbleibenden Nervenzellen der Aplisie, die Teil des Funktionssystems sind, das die Eiablage ermöglicht. In jeder Aplie beginnen diese Zellen unter dem Einfluss von "axillären" Peptiden gleichzeitig elektrische Impulse zu erzeugen, und der Klang ihrer elektrischen "Sprache" ist in diesem Fall völlig anders als in anderen Fällen, wenn diese Neuronen eine elektrische "Stimme" abgeben.
Zusätzlich zum Start dieser Befehlsneuronen hatten die vier Peptide aus Achselzellen auch andere Berufe, die eng miteinander verbunden waren, um ein Endziel zu erreichen - die Eiablage. Ein Peptid verlangsamt die Herzfrequenz. Ein anderer schneidet den Kanal der zwittrigen Drüse, so dass die Schnur herauskommt. Die dritte unterdrückt den Appetit der Schnecke, damit die gefräßige Mutter nicht mit ihren eigenen Nachkommen speist.
F. Strumwasser und seine Kollegen isolierten 2 weitere Peptide aus dem Fortpflanzungssystem der Cochlea. Sie wurden Peptid A und Peptid B genannt.Sie waren es, die die Achselzellen zwangen, die vier eben beschriebenen Peptide abzusondern. Dank dieser Entdeckung sind die Mechanismen für die Einführung eines funktionierenden Eiablagesystems klarer geworden.
Somit wurde bestätigt, dass es die Peptide waren, die Nervenzellen zu einer Arbeitsassoziation „zusammensetzen“, indem sie aus dem Satz möglicher Neuronenverbindungen diejenigen auswählen, die ihrer Wirkung unterliegen, und sie in funktionelle Systeme einbeziehen. Zusammen mit Neuronen kombinieren Peptide auch periphere Zellen zu einem Gemeinwesen. Durch die peptidkoordinierte Aktivität dieses gesamten riesigen Zellensembles wird ein nützliches Verhaltensergebnis erzielt.
Es scheint, dass hier alles logisch und nachdenklich ist. Tatsächlich blieb jedoch ein sehr wichtiges Problem ungelöst, bis Neurowissenschaftler begannen, mit entschlüsselten Genen zu arbeiten.
Durch wessen „Reihenfolge“ begannen die gesamten vier Peptide in strenger Reihenfolge in axialen Zellen hervorzuheben? Unter der Wirkung der Peptide A und B? Na sicher. Schließlich haben diese Substanzen nur in den Achselzellen einen mysteriösen Mechanismus ausgelöst. Wie verhält er sich?
Diese Frage ist sehr wichtig. Immerhin war es diese Reihenfolge und Verhältnismäßigkeit bei der Zuordnung von Peptiden wert, und darauf beruhte die harte Programmierung des instinktiven Verhaltens von Aplizien, zumindest in gewisser Weise zu brechen, und sie würde keine Eier legen. Offensichtlich würde dies auch bei Sphex passieren, wo auch die „Handschrift“ einer Gruppe von Peptiden vermutet wird.
Neurowissenschaftler schlugen zuerst vor und bewiesen dann, dass die Art der Synthese von Peptiden aus einer funktionellen Gruppe ein und dasselbe Gen oder mindestens mehrere Gene anvertraut, aber durch eine Gemeinsamkeit von Regulationsmechanismen eng miteinander verbunden ist.
Mit gentechnischen Methoden haben amerikanische Forscher die Nukleotidsequenz für die drei Aplisia-Gene identifiziert und vollständig etabliert. Das erste "druckte" in einer genau definierten Reihenfolge die vier Peptide der Achselzellen. Zwei andere Gene synthetisierten die Peptide A und B. Die Analyse der Nukleotidsequenz dieser Gene ergab doppelte Stellen. Dies zeigt an, dass alle drei Gene von demselben Vorläufer stammen. Während der Evolution war er wahrscheinlich mutiert. Zum Beispiel könnte die Anzahl der Kopien dieses Gens zunehmen (doppelt). Aufgrund neuer Mutationen, die bereits neu gebildete Gene betreffen, begannen sie ihre eigene Evolution. Infolgedessen führte die Verdoppelung von Genen durch die Bildung neuer Peptidfamilien zu einer Zunahme der Anzahl von Körperfunktionen, beispielsweise angeborenen Verhaltensprogrammen.
Es ist schwierig, die Bedeutung dieser Arbeit für die Biologie zu überschätzen. Es war möglich, die Idee einer systembildenden Rolle für Peptide zu entwickeln und fortzusetzen. Es wurde klar, wie sie die Wirkung von "allgemeinen Sammlern" funktioneller Gensysteme auf verschiedene Zellen vermitteln. Der evolutionäre Weg, der von genetischen Mutationen zur Vermehrung und Komplikation instinktiver Verhaltensprogramme führt, ist klarer geworden.
Unabhängig davon, wie verlockend diese Hypothesen waren, mussten sie dennoch bei anderen Tieren als Aplisia bestätigt werden. Nur dann könnte man über die Universalität des Prinzips der Kontrolle über die Ganzkörperreaktion eines Gens sprechen, das für eine Gruppe funktionell verknüpfter Peptide kodiert. Und das wurde bereits getan.
Die amerikanischen Wissenschaftler N. I. Tublitz und seine Kollegen haben bewiesen, dass mehrere miteinander verbundene Gene eine Gruppe von Peptiden codieren, die das Endstadium der Metamorphose von Tabakmotten steuern - den Austritt eines Insekts aus einer Puppe. Dieses harte Verhaltensprogramm startet ein großes Peptid. Es wird im Nervensystem synthetisiert und beginnt zweieinhalb Stunden vor dem Schlüpfen der Motte ins Blut freigesetzt zu werden. Das Insekt klettert aus der Puppe und breitet seine Flügel aus. Drei weitere Peptide steuern diese Prozesse. Zwei von ihnen helfen, die Blutgefäße der Blutgefäße zu füllen, von wo aus sie in die Blutgefäße der Flügel fließen und diese ausbreiten.Das dritte Peptid wirkt auf das Bindegewebe der Flügel. Während sie sich aufrichten, gibt er ihnen Plastizität und dann - konstante Steifheit.
Von 1980 bis 1983 wurde in den Labors von Professor S. Num (Japan) und Dr. P. Seburg (USA) die Sequenz des Gens, das das Präproopiomelanocortin-Protein druckt, festgelegt. Im Gehirn wird dieses riesige Molekül von Enzymen in mehrere kurze Ketten - Peptide - geschnitten. Präproopiomelanocortinpeptide bilden bei Tieren und Menschen ein einziges funktionelles System. Wir sind alle mit seiner Aktion vertraut. Dank ihr reagiert unser Körper auf starke und unerwartete Reize mit einer angeborenen Reaktion - Stress.
Ein Peptid aus der Präproopiomelanocortin-Familie erhöht die Sekretion von Glucocorticoid-Nebennierenhormonen. Sie wiederum erhöhen die Durchblutung der Muskeln, verbessern ihre Kontraktilität und erhöhen den Blutzucker. Ein anderes Peptid stimuliert den Fettabbau. Durch Glukose und Fette wird Energie mobilisiert. Das dritte Peptid erhöht die Insulinsekretion und stellt die Verwendung von Glukose durch Gewebe sicher. Der vierte löscht den Schmerz. Deshalb bemerken wir auch schwere Verletzungen bei Erregung und Stress nicht sofort. So ermöglicht die Natur Lebewesen in einer extremen Situation, die Hauptsache zu vervollständigen und dann "Selbstheilung" zu tun. Schließlich erhöht das letztere Peptid die Aufmerksamkeit und den Grad der Gehirnwachheit, was auch in jeder Lebenssituation nützlich ist.
Wirklich „goldene Eier“ brachten den Wissenschaftlern Sphex und Aplizia. J. Fabre beobachtete das Verhalten einer fleischfressenden Wespe im letzten Jahrhundert und entdeckte die wichtigsten äußeren Gesetze des angeborenen Verhaltens. Nach etwa einem Jahrhundert haben amerikanische Neurowissenschaftler allgemein den molekulargenetischen Mechanismus beschrieben, durch den das Gehirn Programme für angeborenes Verhalten speichert und implementiert.
Die Arbeit in diese Richtung hat jedoch gerade erst begonnen. Schließlich ist das angeborene Verhalten von Säugetieren, das das ultimative Ziel aller Untersuchungen der Gehirnforschung ist, in der Tat nie so fest kodiert wie die Reaktionen von Sphex, Aplisia oder Tabakmotte. Die Bedeutung von Umweltfaktoren, die J. Fabre bei der Beobachtung einer Raubwespe im instinktiven Verhalten warmblütiger Tiere beobachtete, ist unvergleichlich größer. Dementsprechend sind die Prinzipien der genetischen Kontrolle komplizierter, plastischer und in gewisser Weise bereits anders.