Сигнальная молекула Sonic Hedgehog (Shh) создает градиент в эмбрионе позвоночных, который контролирует ряд генов, определяющих тип клеток в развивающемся мозге и черепе. На рисунке показан градиент на самой выступающей части лица. Светло-сероватые полосы на диаграммах показывают, где Shh экспрессируется. На крайнем левом изображении этот сигнальный белок включен на полную мощность у нормально развивающегося эмбриона. Он сигнализирует о производстве всех белков, и все они производятся (белый, светло-серый, темно-серый и черный), тогда место для нормального развития глаз образуется где и следует – выше черного белка. Ближайший к Shh серый белок для экспрессии нуждается в наибольшем количестве Shh, а белку других оттенков серого, а также белому и черному белкам необходимы промежуточные количества Shh. На втором изображении часть Shh убрана. Когда это происходит, светло-серый белок, ближайший к белку Shh, не экспрессируется, как показано на третьей панели. По мере того как Shh уменьшается, белые, светло-серые и черные гены не получают достаточного количества Shh для включения, и поэтому их активность снижается, как показано на четвертом изображении. Пятое изображение демонстрирует результат, когда весь градиент Shh удален, а на шестом мы видим, что поле, где располагается глаз, переместилось в самую нижнюю часть развивающегося мозга и один глаз перекрывает другой, создавая существо, похожее на циклопа.
Рис. 3.2. Вот как Томас Джессел объясняет расположение глаз на лице при помощи градиента сигнального механизма Hedgehog. По-разному закрашенные точки представляют четыре белка, которые необходимы для нормального размещения глаз на лице. Серые полосы в нижней части развивающегося мозга представляют собой количество выраженных генов Shh, контролирующих выработку четырех белков. Место, где на рисунке изображены глаза, представляет их конечное положение после развития
Феномен циклопа действительно наблюдается в природе. Крупный рогатый скот и овцы, питающиеся чемерицей (растением рода Veratrum), поглощают большое количество алкалоидов, содержащихся в ней. Как выяснилось, эти алкалоиды блокируют выработку белка в сигнальном пути Hedgehog, создавая ситуацию, показанную на крайнем правом рисунке. Циклопы, появляющиеся среди этих животных из-за снижения производства белка Shh, поразительны, и этот природный феномен помогает нам воочию убедиться в том, как могло бы развиваться расположение глаз у позвоночных. Много генов участвует в формировании нервной системы в голове и глазах, таким образом влияя на расположение глаз. А настройка сигналов, с которыми эти гены взаимодействуют, представляют собой логичный и продуктивный способ осмыслить, как природа может изменить поле зрения. Человеческое развитие остановилось на конкретном поле зрения, тесно связанном с эволюцией нервной системы и глаз, и в итоге мы имеем то, что имеем, – относительно ничтожное поле зрения. Приходится признать: наше поле зрения по сравнению с другими животными, прямо скажем, так себе, но по крайней мере мы знаем почему.
4. Дело вкуса (и запаха)
Восприятие вкуса и запаха у животных
В стране скунсов правит тот, у кого заложен нос.
Крис Фарли, комик
Большинство животных в процессе развития стали весьма разборчивы в еде. Например, если мы чувствуем запах или вкус чего-то дрянного, мы не будем это есть. Скорее всего, этот ответ развился как средство быстрой классификации встреченного объекта, о чем я говорил в главе 2, и подпадает под категорию «пища» – «я ем его». Вероятно, все чувства даны нам, чтобы мы могли сделать выбор: это можно есть, а это – нет. И наша способность принимать такого рода решения зародилась глубоко в прошлом. Не забывайте, что мозг позвоночных имеет три уровня организации. Самый глубокий, самый примитивный уровень унаследован нами от ранних позвоночных и содержит ствол и мозжечок. Следующий уровень, состоящий в основном из лимбической системы, усложняет интерпретацию такой информации, как запах и вкус. Последний уровень, кора головного мозга, добавляет еще более изощренный способ восприятия данных, полученных от органов чувств.
То, как вкус интерпретируется этим многослойным мозгом, прекрасно иллюстрирует, как именно интегрированы все три слоя. Вкус взаимодействует с нашей системой вознаграждения, или системой внутреннего подкрепления, посредством кортико-базальной гангло-таламо-кортикальной замкнутой системы, или петли, как называют ее нейроанатомы. Эта петля представляет собой набор путей в нервных тканях, которые пересекают главные отделы мозга, и работает она по круговой схеме: кора – базальные ядра – таламус. Наиболее значимые системы вознаграждения у позвоночных – это нейроны, проводящие гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК) и дофамин. ГАМК и дофамин – две небольшие молекулы, которые проникают в мозг и взаимодействуют со встроенными в мембраны нейронов рецепторами, запуская потенциал действия. Дофаминовые нейроны, в частности, играют огромную роль в эволюции использования животными системы вознаграждения.
Удовольствие играет огромную роль в обучении организмов повторять то, что для них выгодно. Ведь если что-то приносит пользу и доставляет удовольствие, то организм снова и снова будет искать то, что вызвало эту реакцию: секс, что-то вкусное или, что приводит к ужасным долгосрочным последствиям, наркотик. Когда мы пробуем испорченный продукт, уровень дофамина в мозгу резко падает и желание есть нечто подобное тут же пропадает. А вот если в рот попадает лакомый кусочек, сладкий, вкусный или питательный, уровень дофамина возрастает, и система вознаграждений тут же откликается: «Хочу еще». Дофамин посылает нам сигнал съесть как можно больше, но действие его временно, и в какой-то момент мы чувствуем насыщение и перестаем заглатывать кусок за куском. Наркотики захватывают мозг именно по такой схеме. Вместо кратковременного всплеска дофамина концентрация в молекуле закрепляется на постоянном высоком уровне, что вызывает тягу ко все большему и большему количеству наркотика и в итоге приводит к пагубной зависимости.
Запуск этой системы очень похож на обработку вкуса: все начинается с небольшого количества химического вещества или молекул, воздействующих на хеморецепторы. Вкус возникает из комбинации молекул, которые мы глотаем с пищей, с воздухом или напитками и обрабатываем вкусовыми рецепторами во рту. Затем информация с рецепторов передается в мозг, где интерпретируется. Вкус, различаемый рецепторами, бывает пяти основных видов: горький, сладкий, кислый, соленый и умами. Кроме того, учитывается жирность и содержание углеводов. Вкусовые рецепторы находятся преимущественно на языке, но есть они и в других местах, например в тканях дыхательных путей и в тонком кишечнике.
Рис. 4.1. Гистограмма показывает количество действующих, псевдо- и укороченных вкусовых рецепторов у разных позвоночных
