Искусные адаптации. Крот-звездонос, электрический угорь и другие чудеса эволюции - Кеннет Катания

глубоко в полости носа, а не на его кончике. И нет, звезда – это не дополнительная лапа. Здесь нет мышц, а значит, этими отростками звездонос не может ничего двигать или подбирать. На снимке поверхности звезды, сделанном при помощи сканирующего микроскопа, нет ни электрорецепторов, ни вкусовых луковиц, ни каких-либо известных химических рецепторов. Только органы Эймера. Стало быть, чтобы определить функцию звезды, нужно разобраться с функцией органов Эймера.

2.1. Слева: на снимке, полученном с помощью сканирующего электронного микроскопа, видно, что поверхность средней части отростка звезды целиком состоит из органов Эймера. Справа: строение органа Эймера у звездоноса

Итак, что это такое и для чего они нужны? Если рассмотреть поверхность отдельно взятого куполообразного органа Эймера, в центре мы увидим круглый диск – верхушку столбика из клеток кожи (их взаимное расположение напоминает горку блинчиков на тарелке). Внутри столбика находится главный компонент любого органа чувств – нервные волокна. От пяти до десяти отдельных волокон проходят параллельно друг другу по краям столбика, а одно – через его центр. Наверху всей этой структуры, сразу под наружным слоем кожи, нервные волокна образуют холмики, идеально расположенные для распознавания легчайшего прикосновения к коже. Кроме того, в основании столбика имеется механорецептор – клетка Меркеля, улавливающая давление (у человека таких рецепторов очень много на кончиках пальцев). Прямо под клеткой Меркеля – еще один механорецептор, тельце Пачини, реагирующее главным образом на вибрации. Раскрою карты: впоследствии мы подтвердили все эти данные (и не только их), зафиксировав и проанализировав активность нервных волокон1–2. Наш главный подозреваемый – осязание – оказался виновен, как сказали бы в суде, «вне всяких разумных сомнений». Органы Эймера не способны обнаруживать электрические поля, но представляют собой образцовые механорецепторы.

Вам может показаться, что я спустил звезду с небес на землю. Если так, то сейчас подниму ее обратно. Исследование показало, что на звезде более 250 тысяч органов Эймера, и все они сосредоточены на площади менее одного квадратного сантиметра! Выходит, мы имеем дело с биологическим аналогом камеры сверхвысокого разрешения со множеством пикселей, только в случае со звездой эти «пиксели» осязательные. Еще больше впечатляет количество нервных волокон, по которым сигналы передаются от звезды в головной мозг крота.

Путь одного такого волокна от верхушки органа Эймера на кончике отростка до головного мозга напоминает путь ручейка, который впадает в ручей пошире, после чего тот впадает в реку, несущую свои воды в море. В основании органа Эймера нервное волокно объединяется с пятью или шестью другими. К этому небольшому нервному пучку присоединяются десятки, а затем и сотни волокон от соседних органов Эймера. Ближе к основанию отростка нерв состоит уже из тысяч волокон. В основании половины звезды – одиннадцать крупных нервных пучков, по одному на каждый отросток. По мере приближения к мозгу эти пучки сливаются в еще более крупные, и в итоге информацию от каждой половины звезды несут по 56 тысяч нервных волокон. В сумме получается 112 тысяч волокон3.

Само по себе это число мало о чем говорит. Но вы только подумайте: человеческая рука считается вершиной эволюции во многом благодаря тонкому осязанию, позволяющему нам изготавливать инструменты, метать орудия, кидать бейсбольный мяч и печатать текст про нос крота. Однако кисть нашей руки содержит около 17 тысяч нервных волокон, а у кротовьей звезды их в шесть раз больше, и все они занимают участок площадью с кончик человеческого пальца. Я начал догадываться, что звездонос, вероятно, обладает самой чувствительной системой осязания на планете и воспринимает объекты окружающей среды невероятно детально.

Первый шанс

Итак, идея использовать современные методы микроскопии для прояснения картины себя оправдала: наконец-то у меня появилось множество достоверных данных о звезде, не говоря уже об эффектных снимках. Теперь предстояло тщательно описать результат: подсчитать органы Эймера, измерить их, оценить плотность их распределения на каждом из отростков и составить схему этого распределения. Эта методичная работа может показаться скучной и малозначимой. Но на самом деле это одна из важнейших составляющих научного исследования: именно на этом этапе мы зачастую случайно видим что-то такое, что становится первым шагом на пути к открытию.

Для меня такой случайной находкой стал тот факт, что между всеми отростками звезды имеется полоска кожи, свободная от органов Эймера4, причем даже там, где отростки отходят от основания звезды вместе. Стало быть, каждый отросток представляет собой самостоятельную сенсорную единицу, своего рода вибриссу. Размышляя над этим, я вспомнил, как в Мэрилендском университете нам рассказывали о вибриссах мышей и особых «картах» в неокортексе.

Новая кора, или неокортекс, – это часть головного мозга всех млекопитающих (и только млекопитающих), которая покрывает полушария и поделена на множество зон с различными функциями. И у каждого млекопитающего соматосенсорная, то есть осязательная, зона представляет собой своеобразную карту его тела. Представьте себе крошечного человечка, вытянувшегося вдоль вашей новой коры вниз головой (его называют латинским словом «гомункулус»). В принципе, так и устроена карта, но, как правило, на каждое полушарие мозга проецируется только одна половина тела (правая половина тела – на левую половину мозга, и наоборот), поэтому вам нужно представить себе половину человека, лежащего вверх ногами. Карикатурное на вид изображение гомункулуса, вытянутого вдоль соматосенсорной коры в средней части головного мозга, есть в каждом учебнике по введению в нейробиологию. Первую карту осязания человека составил нейрохирург Уайлдер Пенфилд. Он точечно стимулировал неокортекс пациентов электрическим током и выяснял, какая часть тела реагирует на стимул.

2.2. Карта человеческого тела в соматосенсорной коре с представлением гомункулуса (лат. «маленький человек»). Подобные карты имеются в первичной соматосенсорной коре (S1) у всех млекопитающих

Мозг – структура, мягко говоря, сложная, и составление таких функциональных карт обычно требует скрупулезной записи нейронной активности или же применения стратегии Пенфилда. Однако в мозге мыши есть особая зона, которая стала настоящим подарком для исследователей неокортекса. Она называется баррельной корой, поскольку состоит из особых бочкообразных структур (баррелей), каждая из которых четко видна на фоне окружающей нервной ткани и состоит из множества отдельных нейронов5. И каждый из этих баррелей соответствует одной вибриссе на противоположной стороне морды. Проще говоря, карту вибрисс на мозговой ткани мыши можно увидеть своими глазами (если, конечно, правильно подготовить препарат). И это очень важно.

Баррельная кора мыши – хрестоматийный пример соматосенсорной зоны. Но это еще не все. Четко различимая карта вибрисс на неокортексе мышей и крыс стала так называемой модельной системой для изучения функций