Как бабочка складывает крылья
В 1984 г. на биологической олимпиаде школьников МГУ была предложена следующая задача: «Известно, что бабочка-крапивница предпочитает температуру 36 °С. Если на улице холодно и солнце не светит, бабочка сидит с закрытыми крыльями. Если холодно, но светит солнце, бабочка раскрывает крылья. Но как только температура достигает 36 °С, бабочка складывает крылья. Нарисуйте схему соединения нейронов, которая обеспечивала бы такое поведение бабочки». Задача была дана в 10-м классе и оказалась «убойной». Никто из школьников не получил за нее «отлично», так как ни одной работоспособной схемы предложено не было, а многие школьники вообще не могли понять, что от них требуется.
Эта задача, как очень многие задачи по биологии, не имеет однозначного ответа. Можно придумать много схем, удовлетворяющих ее условиям. Придумаем одну из возможных. Прежде всего, можно предположить, что крыльями бабочки по аналогии с мышцами-антагонистами у человека должны управлять две группы мышц: «опускатели» крыла и «подниматели» крыла. Каждой группой управляют свои МН, которые мы будем обозначать МН0 и МНП. На эти МН должны поступать сигналы о температуре и солнечном свете. Тут также возможны разные решения. Пусть клетка Т возбуждается и посылает импульсы, только если температура выше 36 °С, а клетка С — когда светит солнце.
По условию задачи при свете крылья раскрываются, поэтому соединим световой рецептор с МН0. Когда же температура поднимется выше 36 °С и заработает тепловой рецептор, крылья должны закрыться. Значит, надо соединить клетку Т с МНП возбуждающей связью. Мышцу-антагониста надо при этом затормозить; для этого надо соединить тепловой рецептор с МН0 тормозной связью. Но один и тот же нейрон, как правило, не бывает и возбуждающим, и тормозным, поэтому для создания торможения надо поместить в эту линию тормозной вставочный нейрон. Теперь если будет и светло, и тепло, то МН0 не будет работать, так как на него приходят равные по величине8 но противоположные по знаку сигналы, которые не доведут его до порога. Однако наша схема не полностью удовлетворяет условиям задачи: если на улице холодно и солнца нет, то по условию крылья должны быть закрыть, а из нашей схемы это не следует.
Поэтому и вставлен в схему еще один рецептор X, работающий, когда температура ниже 36 °С. Соединим его с МНП возбуждающей связью. Но, чтобы не испортить ситуацию «холодно и светло», эта связь не должна работать, когда светит солнце. Значит, нужен еще один интернейрон, который будет при освещении тормозить X.
Теперь наша схема будет работать. Для нее нам потребовалось 3 рецептора и 3 интернейрона. Можно сделать схему и экономнее. Например, на рис. 52, г приведена схема, в которой есть вставочный нейрон С А, все время работающий сам по себе. Он будет все время стремиться закрыть крылья, которые будут закрыты всегда, кроме ситуации, когда одновременно работают рецепторы X и С; в этом случае они возбуждают интернейрон ИН 2. Цифра «2» указывает, что его порог так высок, что свет и холод поодиночке не способны его возбудить. Этот интернейрон при возбуждении откроет крылья и затормозит спонтанно активный интернейрон. Вы видите, что в этой схеме мы обошлись всего двумя типами рецепторов. Правда, один из интернейронов в этой схеме обладает более хитрыми свойствами, чем стандартный нейрон: он может работать сам по себе.
Инженеры часто решают такие же задачи, как только что решенная нами. Например, во многих домах есть лифт. Допустим, что лифт пришел на первый этаж и дверь открылась. Если никто не войдет в него, дверь закроется. Если войдет, но ничего не будет делать, дверь останется открытой. Если войдет и нажмет кнопку — дверь закроется и включится двигатель. Тут тоже есть «МН» для двери и для двигателя, есть рецепторы веса и нажатия на кнопку, есть свой «мозг», но не из нейронов, а из реле. Существует целая теория, позволяющая строить нужные логические схемы для разных задач.
Другие статьи:
Вода - важнейший компонент биосферы
Вода - один из важнейших компонентов биосферы, источник всего живого. Без нее немыслимо существование органического вещества и происхождение жизни на Земле.
Она является составной частью всех живых организмов. Так, в теле млекопитающих с ...
Нарушения коронарного кровотока
Исторически сложилось представление о том, что абсолютная или относительная недостаточность коронарного кровотока лежит в основе ишемизации (=обескровливания) миокарда и ведет к ИБС. В свою очередь, ИБС: а) очень частая патология; б) част ...
sTNF-RI
Растворимый рецептор II фактора некроза опухолей ...