Естественная история движения

Рассмотрим в качестве примера растение на рис. 37. Когда стрелолист растет вне воды, он принимает форму, изображенную в верхней части рисунка. Но когда уровень воды поднимается и растение погружается в воду, его структура в течение нескольких дней изменяется и трансформируется в водную форму, которая изображена в нижней части рисунка. Ситуация обратима; происходящие структурные преобразования отличаются большой сложностью и связанны с определенным типом дифференциации, затрагивающей различные части растения. Этот случай мы могли бы описать как поведение, поскольку речь идет о структурных изменениях, которые выглядят как видимые изменения формы растения, призванные компенсировать повторяющиеся возмущения окружающей среды. Но обычно такую ситуацию описывают как изменение развития растения, а не его поведения. Почему?

Сравним поведение стрелолиста с пищевым поведением амебы, которая готовится проглотить небольшое простейшее и вытягивает в его сторону ложноножки

Рис. 37. Наземная и водная Формы стрелолиста Sagittaria sagitufoiia

Рис. 38. Заглатывание (рис. 38). Такие ложноножки представляют собой выступы, или «пальцы», протоплазмы, образование которых связано с локальными изменениями физико‑химического состава клеточной мембраны и цитоплазмы. В результате протоплазма течет в ту или иную сторону, толкая животное в соответствующем направлении – амебоподобное существо движется. Такое изменение, в отличие от того, что происходит со стрелолистом, мы не колеблясь описываем как поведение.

С нашей точки зрения ясно, что между этими двумя ситуациями существует непрерывный переход. И в том, и в другом случае мы имеем дело с поведением. Интересно отметить, что один из них (в отличие от другого) нам легче назвать поведением только потому, что у амебы мы обнаруживаем движение, тогда как стрелолист остается недвижим. Иначе говоря, между движением амебы и неисчерпаемым богатством поведения высших животных, которое мы всегда наблюдаем как разнообразные формы движения, существует непрерывный переход. Наоборот, изменения в дифференциации стрелолиста представляются нам далекими оттого, что принято понимать под движением, поскольку они происходят очень медленно, и мы видим в них только изменения формы. Вообще говоря, с точки зрения устройства и изменений нервной системы возможность движения существенна. Именно это делает историю движения захватывающе интересной. Как это происходит и почему, мы намереваемся выяснить в этой главе. Но сначала взглянем на проблему более обобщенно. Посмотрим, как проявляется движение в различных природных ситуациях.

На рис. 39 показаны размеры различных природных единств в зависимости от их способности двигаться,

Рис. 39. Зависимость между размером и скоростью движения р природе измеренной по их максимальной скорости[10]. Нетрудно видеть, что самые большие и самые маленькие природные объекты – галактики и элементарные частицы – способны совершать очень быстрые движения со скоростями порядка тысяч километров в секунду. Если мы обратимся к большим молекулам, являющимся компонентами живых существ, то их движение замедляется по мере увеличения их размеров, к тому же движутся они в вязкой окружающей среде, образованной другими молекулами. Например, многие молекулы белков, входящие в состав живых организмов, настолько велики, что их спонтанное движение незначительно по сравнению с подвижностью молекул меньших размеров.

Именно при этих обстоятельствах (как было показано в гл. 2) возникают аутопоэзные системы; их появление становится возможным благодаря существованию многочисленных больших органических молекул. Как только образовалось много больших молекул, направление кривой резко изменяется, поскольку история клеточных преобразований приводит к возникновению таких структур, как жгутики или псевдоножки. С их помощью движение вновь заметно ускоряется, поскольку они вводят в игру силы, значительно превосходящие силы вязкости. Кроме того, когда возникают многоклеточные организмы, у некоторых из них (путем дифференциации клеток) развиваются гораздо более эффективные способности к передвижению в пространстве. Например, антилопа импала может бежать со скоростью многих километров в час, хотя сама импала гораздо крупнее, чем небольшая молекула, которая (в среднем) движется с такой же скоростью. Многоклеточные животные и подвижные одноклеточные организмы создают диапазон движений, в их размерном классе не имеющий равного в природе.

Однако не следует упускать из виду, что внешнее проявление этого типа движения не является ни универсальным, ни необходимым для всех форм живых существ. В частности, у растений, которые представляют собой одно из фундаментальных порождений естественной эволюции, движение как способ бытия по существу отсутствует. Предположительно это связано с тем, что растения поддерживают свое существование за счет фотосинтеза при условии постоянного локального поступления питательных веществ и воды из почвы, а также газов и света из атмосферы. Это позволяет им сохранять адаптацию, не нуждаясь в интенсивных или быстрых движениях в течение большей части своего онтогенеза.

Для наблюдателя очевидно, что движение открывает перед организмом многочисленные возможности. Многие из них реализуются вследствие естественного дрейфа организмов. Например, подвижные организмы основывают на движении не только размножение, но и питание и способы взаимодействия с окружающей средой. Именно в связи с такого рода живыми существами естественный дрейф привел к появлению подвижности, при которой важное значение приобретает нервная система. Рассмотрим это обстоятельство более подробно.