Если бы опытному и способному конструктору поручили создать такую машину, самолет или ракету, которые должны двигаться по определенному пути, как бы он приступил к своей задаче?
Он установил бы на своей машине такие приборы, по которым можно было бы определять направление движения. [42]Эти приборы должны указывать по карте путь следования машины. В современном судоходстве и в авиации для определения местонахождения судна или самолета используются радарные лучи, и полученные данные переносятся на географическую карту. Таким образом, приборы фиксируют действительное местонахождение машины на географической карте.
Другие приборы должны показывать намеченное направление. Самым простым прибором такого рода является компас. Теперь необходимо, чтобы действовало устройство, которое постоянно сравнивало бы фактические данные с заданными, например фактический курс с намеченным направлением. Это устройство должно так направлять механизм машины, ее рулевое управление, чтобы в конечном итоге ликвидировать расхождения между фактическим и заданным направлениями. Такие технические задачи относительно легко разрешить, и соответствующие приборы в настоящее время широко применяются.
Принцип, о котором идет речь, называется принципом обратной связи. Это означает, что обнаружение различия между соответствующими заданными и фактическими данными в конечном итоге ведет к ликвидации этих различий. Поэтому такой принцип иначе называют принципом отрицательной обратной связи.
Принцип обратной связи осуществляется в электрическом холодильнике. Если ртуть термометра опускается ниже дозволенной границы, прерывается прохождение тока, и охлаждение прекращается. После этого температура в холодильнике снова поднимается, поднимается и ртутный столбик термометра, что в конечном итоге включает ток, и холодильное устройство вновь начинает функционировать. Этот пример делает понятным процессы, происходящие в нервной системе животных и проявляющиеся в их поведении. Когда животные благодаря своим «внутренним часам» ориентируются по астрономическим данным, т. е. по движению солнца или звезд, то в их поведении проявляется принцип отрицательной обратной связи. Этот принцип действует и тогда, когда летучая мышь благодаря отражению ультразвука изменяет направление полета в погоне за своей жертвой.
Конечно, одно дело техника, другое — живой организм. Как же протекает деятельность живого организма?[43]
Рефлексы.
Раздражения, поступающие из окружающей среды и достигающие организма, улавливаются органами чувств. Глаза улавливают свет, уши — звуковые колебания, полукружные каналы — ускорения, связанные с вращением, и т. д. Органы чувств воспринимают различные влияния окружающей среды. Их чувствительность означает, что они воспринимают внешние раздражения и превращают их в нервные процессы.
Свет, падающий на человека, воздействует не только на наши глаза, но и на нашу кожу. Однако глаза гораздо более чувствительны к свету, чем кожа. Чувствительные клетки глаза воспринимают даже самые малые различия интенсивности света. Лучи света, достигающие глаза, вследствие сложной и тонкой работы чувствительных клеток (колбочек и палочек) становятся раздражителями нервных клеток, находящихся в глазу. По нерву, связывающему глаз с мозгом, пробегают электрические разряды — характерные серии нервных импульсов. В нервное возбуждение превращается и всякое раздражение, доходящее до уха. Соответствующие разряды пробегают и по нервам, идущим от коленного сухожилия к центральной нервной системе, когда при испытании коленных рефлексов врач внезапным ударом молоточка напрягает сухожилие.
Следовательно, рефлексы начинаются с деятельности органов чувств. Свет, звук, удар, холод, запах и т. д. возбуждают чувствительные клетки. Эти чувствительные клетки соприкасаются с нервными клетками, которые воспринимают раздражение чувствительных клеток и путем разрядов, пробегающих вдоль длинного отростка нервного волокна, передают их дальше в центральную нервную систему. Нервные клетки центральной нервной системы связаны с другими нервными клетками. Самая простая форма такой связи — передача нервными клетками раздражения чувствительных клеток и возбуждение других нервных клеток, которые связаны, например, с мышечным [44] волокном. В таких случаях вторая нервная клетка, получив разряд и передав его дальше, вызывает раздражение мышечного волокна, которое при этом сокращается.
Рефлекс коленных мышц.
Удар молоточка растягивает коленное сухожилие. Чувствительные органы, имеющие форму веретена, попадают под удар и вступают в действие. Под их воздействием вдоль чувствительных нервов пробегают электрические разряды от колена до спинного мозга. В спинном мозгу «моторные нервные клетки» воспринимают раздражение, и через их длинные отростки (нервные волокна) разряды доходят до мышц бедра, где мышечные волокна сокращаются, и пациент невольно вскидывает ногу.
Этот сложный процесс представляет собой один из самых простых рефлексов.
Органы чувств связаны со множеством нервных центров, с миллиардами нервных клеток центральной нервной [45]системы. Нервные центры постоянно руководят всеми органами и клетками многоклеточных организмов.
Как отстает современная наиболее сложная по конструкции машина от многоклеточного живого организма!
Взять хотя бы хорошо известное нам одноклеточное животное — инфузорию-туфельку. Какую удивительную [46]согласованность в действиях проявляет ее вёсла-реснички. Если бы эти реснички двигались не одновременно, то инфузория была бы совершенно беспомощна в воде. Одновременность движений ресничек обеспечивается их взаимосвязью. Насколько же сложнее действия более высокоразвитых живых существ, состоящих из несметного множества клеток! Не удивительно поэтому, что строение нервной системы чрезвычайно сложно.
Нервная система, несмотря на сложность строения и деятельности, состоит из относительно простых элементов. Основной ее элемент — нервная клетка, т. е. нейрон с мельчайшими древовидными разветвлениями (дендритами) и длинными осевыми отростками (аксонами). Они-то и образуют пути, по которым раздражения идут от органов чувств к органам передвижения. Основным принципом деятельности нервной системы является рефлекс — возбуждение, передающееся по этим путям. Это значит, что движения организма вызываются его структурными изменениями, наступающими вследствие воздействия окружающей среды.
Нервная клетка. Разрыв нервного волокна показывает, что на рисунке изображена только его начальная и конечная части
Принципиально это относительно простое явление, однако рефлексы — результат довольно сложной деятельности организма, не говоря о том, что отдельные рефлексы могут вызвать за собой целую их цепь.
Наука, занимающаяся поведением животных и насчитывающая всего лишь несколько десятилетий, накопила многочисленные наблюдения о цепях рефлексов в поведении животных.
Для примера рассмотрим, как протекает спаривание (нерест) колюшек. Самец сначала выбирает себе участок. Причина, вызывающая у самцов стремление выбрать участок, по-видимому, заключается в изменяющейся деятельности желез внутренней секреции. Это зависит от воздействия внешних условий. Не случайно, что многие животные размножаются именно весной. У отдельных позвоночных можно доказать влияние температуры окружающей среды на деятельность половых желез. Следовательно, внутренняя причина выбора участка кроется в изменившейся деятельности желез внутренней секреции рыбы, особенно половых желез[7], а внешняя причина — в окружающей обстановке, служащей наследственным раздражителем.
Окружающая среда стимулирует самца колюшки к устройству гнезда, которое он строит, главным образом, из растений. В длинной цепи рефлексов первым звеном и является постройка гнезда. Только после этого может наступить очередь следующего звена этой цепи. Внешним раздражителем его является появление такой самки,[48]раздутый живот которой указывает на то, что она готова метать икру. Под влиянием вида такой самки самец начинает характерно плавать, делая зигзаги. До тех пор, пока самец строил гнездо, его окраска сливалась с окружающей средой. В тот момент, когда самец замечает самку, он приобретает блестящую окраску брачного периода. Окраска самца и зигзагообразное плаванье привлекают самку, она приближается к нему. Завидев приближающуюся самку, самец направляется к своему гнезду. Самка следует за ним: самец «ведет» ее. Это тоже рефлекс. В этот момент самец указывает самке вход в гнездо, просовывая в него голову. Следующий этап: самка проникает в гнездо. Если сейчас самца забрать отсюда, то цепь рефлексов самки прервется, и она не станет метать икру. В естественных условиях в это время самец начинает трястись, и в ответ самка мечет икру в гнезде. Затем самец оплодотворяет икру.
В этом сложном процессе поведение самца и поведение самки определяются рефлексами. Отдельные рефлексы взаимосвязаны между собой как звенья единой цепи: каждое отдельное звено подготавливает появление следующего звена.
Отдельные фазы нереста у самца (♂) и самки (♀) колюшек.
Как известно, «исходной точкой» отдельных рефлексов является соответствующее раздражение окружающей среды. Значение этого факта хорошо иллюстрируется [49]следующим примером. Исследователь Тинберген изготовил модели рыб, которые воздействовали на самца колюшки таким же образом, как живые рыбы. Выяснилось, что даже незначительные факторы определяют поведение животных. Например, самец принимает каждую модель рыбы, если она окрашена снизу в красный цвет, за самца и готовится к нападению (см. рисунок на стр. 50).
Животные наследуют довольно большое количество относительно сложных рефлексов и способов поведения, и каждый из них имеет характерный, вызывающий его раздражитель. Не всегда легко понять, что же это за раздражитель. Тем более, что отдельные рефлексы представляют собой часть общей цепи и могут вступить в действие только после соответствующих предпосылок.
Модели рыб: верхняя, больше всех похожая на самца, но не имеющая нерестовой окраски, не привлекает внимание самца во время нереста, нижние, относительно бесформенные модели, но с красным «животом», побуждают самца, охраняющего свое гнездо и готового к нересту, принять позу готовности к нападению.
Говоря о сложных взаимодействиях, мы вновь обращаемся к примеру колюшек. Вылупившихся из икры мелких рыбешек самец бдительно охраняет. Он следит даже за тем, чтобы рыбешки по неосторожности не заплыли слишком далеко. Если та или иная из них отплывает далеко от гнезда, то заботливый отец стремительно кидается вслед и, взяв рыбешек в рот, возвращается к гнезду.
В этом проявляется строгая закономерность, в чем можно убедиться из следующего. Большинству рыб необходимо глотнуть немного воздуха, чтобы начал действовать их плавательный пузырь (он должен наполниться газом, выделяемым из крови). Таково положение и у колюшек. Если этим рыбкам в раннем возрасте воспрепятствовать подниматься на поверхность для заглатывания воздуха, их плавательный пузырь никогда не будет функционировать. Рефлекс отца-колюшки по уходу за своим потомством заключается в том, чтобы догнать своих деток, отплывающих слишком далеко, и вернуть их на свой участок, чтобы они не стали добычей других рыб. Однако отцовский рефлекс был бы вреден для малышей, если бы в результате его действия рыбешки не могли бы подняться на поверхность, чтобы глотнуть воздуха. Когда маленькие колюшки направляются вверх, к поверхности воды, то их обычно медленный темп плавания внезапно настолько ускоряется, что колюшка-отец не может их догнать [8]. [50]
Передвижение маленьких колюшек вверх, следовательно, совершенно отличается от их обычного плавания. Это тоже рефлекс.
В настоящее время наши сведения о тех моментах, из которых слагается цепь рефлексов поведения животных, еще относительно малы. Мало мы знаем также и о тех раздражениях, без которых не может протекать каждый отдельный рефлекс. Не выяснено окончательно, какое влияние оказывает соприкосновение с атмосферой на деятельность плавательного пузыря рыб.
Известно, что крысята, появившиеся на свет путем кесарева сечения и немедленно отделенные от матери, не в состоянии мочиться. Для того чтобы рефлекс мочеиспускания вступил в действие у этих животных, они нуждаются в раздражении, которое получается, когда мать облизывает их после рождения и надавливает на мочеполовые органы. Еще неизвестно, для чего необходимо это раздражение крысам. Обезьяны и собаки, например, отлично обходятся без него.[51]
Созревание.
Существуют такие формы поведения, такие цепи рефлексов, которые образуются сразу после того, как на животное воздействовали определенными раздражителями хотя бы один раз в жизни. С другой стороны, имеются и такие рефлексы, которые появляются лишь на определенной стадии развития, т. е. нуждаются в созревании.
Известно, что значительная часть животных не сразу достигает половой зрелости, вернее, что их половая деятельность начинает проявляться по прошествии определенного времени после рождения. В других формах поведения животных также имеется ряд явлений, которые проявляются после созревания. В качестве примера можно привести поразительный, но общеизвестный факт.
Как начинают летать молодые голуби? Совершенно ясно, что для того чтобы у молодых голубей в полете появилось унаследованное рефлекторное движение крыльев, необходимо определенное время для их развития. Вначале молодые голуби очень неловки в полете, но затем они начинают летать все лучше и лучше.
Вполне естественно предполагать, что голубь приучается к полету в результате приобретаемой практики. Науке же свойственно сомневаться. Все суждения следует проверять, даже если они кажутся понятными. Не следует жалеть времени на проверку суждений, основанных на фактах, какими бы убедительными они ни казались.
Громан произвел опыты с молодыми голубями. Группу птенцов он воспитывал в обычных условиях. Эти птенцы летали изо дня в день все лучше и лучше. Другие птенцы такого же возраста были помещены в проволочные клетки, имеющие форму узкой трубы, где они не имели возможности даже .расправить свои крылья. Когда птенцы первой группы уже умели летать так же хорошо, как и взрослые, были выпущены на свободу птенцы второй группы. Оказалось, что голуби обеих групп летали с одинаковой ловкостью. Отсюда был сделан вывод, что в определенный период развития птенцов ловкость в полете [52] приобретается не вследствие практики, а благодаря созреванию!
Для выяснения значения процесса созревания приведем опыты Гесса. У цыплят есть наследственный рефлекс — стремление подбирать и поедать мелкие блестящие предметы. Если в мягкую глину вставить гвоздь с блестящей шляпкой и рядом поместить однодневных цыплят, то через некоторое время в глине вокруг шляпки гвоздя появятся характерные следы клювов цыплят. Повторяя ежедневно этот опыт, можно заметить, что цыплята с каждым днем становятся все более меткими. Об этом будут свидетельствовать следы от ударов клювов, все более приближающиеся к шляпке гвоздя. Чем это объяснить: практикой или созреванием?
Через призму цыпленок видит предметы сдвинутыми.
Следующий опыт дает ответ на заданный вопрос. Цыплятам надели специальные очки, сделанные из призм, благодаря которым изображение предметов (в данном случае шляпки гвоздя) сдвигалось. Следы от ударов клювов цыплят также соответственно сдвигались.
Очки цыплятам были оставлены на несколько дней (о питании позаботились особо, ибо в очках они не могли клевать зерно). О практике здесь речи быть не могло. [53]И все же после снятия очков следы от склевывания, оставляемые этими цыплятами в глине, также концентрировались на все меньшей площади вокруг шляпки гвоздя, как и у цыплят, остававшихся без очков. Следовательно, увеличение точности попадания у цыплят объясняется также не практикой, а созреванием!
Впечатление, что улучшение получается благодаря практике, является, следовательно, лишь видимостью. Однако часто и созревание является кажущимся. Видимость созревания может быть вызвана также и запоздалым проявлением уже готовой формы поведения. Этим, вероятно, можно объяснить известные в медицине случаи, когда вследствие нарушения нормальной согласованности действия гормонов (в результате развития опухоли) у 4—5-летних детей наступает преждевременное половое созревание. В таких случаях не только тело ребенка становится таким, как у взрослого, но и все его поведение. Можно предположить, что уже в раннем возрасте и у нормального ребенка рефлексы, связанные с половой жизнью, подготовлены, однако состояние развития организма не дает возможности этим рефлексам себя проявить[9]. В патологических же случаях эти рефлексы проявляются раньше времени.
На основании сказанного можно сделать вывод, что каждая фаза поведения животных тесно связана с окружающей средой. Ведь рефлексы — это унаследованные виды поведения, унаследованные действия организма, являющиеся ответами организма животных на определенные воздействия.
Эти ответы при определенных условиях «целенаправленны». Естественный отбор всегда сохраняет особенности и формы поведения животных, дающие наибольшие преимущества в борьбе за существование: именно они и передаются по наследству потомкам. [54]
Поведение животных, возникшее в определенных условиях, может показаться неискушенному наблюдателю выше человеческого понимания. Как узнают птицы, что время приближается к осени, что в теплых краях они смогут укрыться от невзгод сурового климата? Откуда они узнают, в каком направлении им надо лететь, и т. д.?
Мы видели, что в подобной деятельности животных участвуют унаследованные рефлексы (цепи рефлексов). Если искусственно изменить те условия, к которым приспособлено унаследованное поведение животных, то деятельность, бывшая ранее такой целеустремленной, станет бессмысленным автоматизмом. В действительности же поведение животных не уподобляется бессмысленному автоматизму. Наоборот, оно удивительно гибко следует за изменениями окружающей среды.
Ниже мы подробнее познакомимся с вопросом о приспособлении к изменяющимся условиям. Самое важное для нас — выяснить, как удается животным столь гибко приспособляться к изменениям окружающей среды. Этот вопрос не следует обходить и тогда, когда речь идет об обучении.
Обучение является очень сложным понятием. В связи с вопросом о созревании уже говорилось о существовании таких унаследованных рефлексов, которые появляются в жизни не сразу после рождения, а через определенный период времени. В этом случае нельзя говорить об обучении. Хотя при обучении и появляются новые привычки, однако они находятся в неразрывной связи с предыдущим опытом индивида, в то время как унаследованное поведение не зависит от опыта. [55]