§28. Еволюція нервової системи тварин

До змісту

Поміркуйте й обговоріть ситуацію

В еволюції приматів і людини головний мозок поступово збільшувався. Зараз наш мозок споживає значну частину енергоресурсів організму: чверть усієї глюкози та третина кисню йде на підтримку його роботи. Навіщо утримувати такий «дороговартісний» орган?

Утримувати такий «дороговартісний» орган, як мозок, вигідно, оскільки його переваги значно переважають енергетичні витрати. Великий мозок забезпечив нашим предкам здатність до складного мислення, спілкування за допомогою мови та виготовлення знарядь праці. Ці навички дали величезну еволюційну перевагу, дозволивши краще добувати їжу, захищатися від хижаків і будувати складні соціальні відносини. Таким чином, високе споживання енергії мозком є платою за унікальні можливості, які дозволили людині адаптуватися до найрізноманітніших умов і зайняти панівне становище в природі.

Робота в парі

У двостулкових молюсків є три пари гангліїв, у черевоногих — п’ять. У черевоногих молюсків ганглії голови утворюють головний мозок, а в головоногих молюсків мозок уже вкритий примітивною корою. Як розвиток нервової системи пов’язаний зі способом існування й типом живлення?

Розвиток нервової системи молюсків прямо пов’язаний з їхньою активністю та способом добування їжі.

• Двостулкові молюски ведуть малорухливий або прикріплений спосіб життя і є фільтраторами, тому їм не потрібна складна нервова система для пошуку їжі чи втечі від хижаків. Їхня проста нервова система з трьох пар гангліїв лише координує основні процеси життєдіяльності.
• Черевоногі молюски активніші, вони повзають у пошуках їжі. Це вимагає кращої координації рухів та орієнтації, тому їхня нервова система складніша і має п’ять пар гангліїв, що утворюють головний мозок.
• Головоногі молюски — це активні хижаки, які полюють на здобич. Їм потрібен дуже розвинений мозок із примітивною корою для складної координації рухів, швидкої обробки інформації від добре розвинених очей та ефективного полювання.

Поділіться своїми думками

Чим схожі й чим відрізняються нервові системи цих тварин?

На малюнку зображені представники плоских червів (планарія), кільчастих червів (дощовий черв’як) та членистоногих (комаха).

Схожість нервових систем цих тварин полягає в тому, що всі вони мають черевний нервовий ланцюжок, що свідчить про двобічну симетрію тіла.

Відмінності полягають у ступені їх складності, що пов’язано з різним способом життя:

• У плоского черва (ліворуч) нервова система найпростіша, схожа на драбину. Вона складається з головного скупчення нервових клітин і кількох поздовжніх стовбурів, з’єднаних перемичками.
• У кільчастого черва (посередині) система складніша: є навкологлоткове нервове кільце, що виконує функцію мозку, і черевний нервовий ланцюжок з гангліями в кожному сегменті тіла. Це дозволяє краще координувати рухи.
• У комахи (праворуч) нервова система найбільш розвинена. Головний мозок складається з трьох відділів і добре розвинений, що пов’язано зі складними формами поведінки та наявністю органів чуття (очі, вусики). Ганглії черевного ланцюжка часто зливаються, утворюючи більші нервові центри.

Запитання і завдання

1. Мурахи мають складні спільноти, активно контактують між собою й можуть працювати в команді. Чи є діяльність мурах цілком інстинктивною? Чи здатні вони до більшого? Запропонуйте схему експерименту, щоб дізнатися, чи здатні мурахи до запам’ятовування й навчання.

Діяльність мурах не є цілком інстинктивною. Хоча більшість їхньої складної соціальної поведінки, як-от розподіл праці чи будівництво мурашника, закладена на рівні інстинктів, вони також здатні до навчання та запам’ятовування. Наприклад, мурахи-фуражири запам’ятовують найкоротший шлях до джерела їжі та можуть передавати цю інформацію іншим.

Схема експерименту для перевірки навчання та пам’яті:

1. Обладнання: Створити простий Т-подібний лабіринт для мурах.
2. Процедура: В один із кінців лабіринту (наприклад, праворуч) покласти приманку (шматочок цукру або краплю меду). Запустити мураху в лабіринт і зафіксувати час, за який вона знайде їжу.
3. Повторення: Повторити дослід з тією ж мурахою кілька разів, щоразу повертаючи її на старт після того, як вона знайшла їжу.
4. Результат: Якщо мураха з кожною наступною спробою витрачає все менше часу на пошук їжі й одразу повертає у правильному напрямку, це свідчить про те, що вона запам’ятала шлях, тобто навчилася.

2. Поясніть на прикладах, як більш різноманітне середовище існування може сприяти еволюції нервової системи.

Більш різноманітне середовище створює складніші виклики, що стимулює розвиток нервової системи для кращої адаптації. Наприклад, тварина, що живе в лісі (складне середовище), стикається з більшою кількістю загроз (різні хижаки) і можливостей (різноманітна їжа). Щоб вижити в лісі, потрібно мати кращий зір для орієнтації серед дерев, гострий слух для виявлення небезпеки, добру пам’ять для запам’ятовування місць із їжею та складну координацію рухів для пересування по гілках. Ці потреби сприяють еволюційному відбору особин із більш розвиненим мозком і складними органами чуття.

3. Відомо, що нервова трубка розвивається з клітин на поверхні тіла. Як ви вважаєте, чому нервова система хордових бере початок саме від покривів тіла?

Нервова система бере початок від покривів тіла (ектодерми), оскільки її головна функція — сприймати інформацію із зовнішнього середовища. Ектодерма є зовнішнім зародковим шаром, який безпосередньо контактує з навколишнім світом. Тому логічно, що клітини, які спеціалізуються на сприйнятті подразників (світла, звуку, дотику, хімічних речовин), розвинулися саме з цього шару, щоб ефективно виконувати свою роль.

4. У таблиці містяться дані щодо маси тіла певних ссавців і маси їхнього головного мозку. Побудуйте графік залежності співвідношення маса мозку / маса тіла (за вертикаллю) від маси мозку (за горизонталлю). Додайте до графіка людину. Зробіть висновок щодо встановленої закономірності.

Висновок: Графік показує, що прямої залежності між масою мозку і співвідношенням маси мозку до маси тіла немає. Загалом, у тварин із більшою масою тіла (і, відповідно, більшим мозком), відносна маса мозку (співвідношення) є меншою. Наприклад, слон має найбільший мозок за абсолютною масою, але його співвідношення таке ж, як у лева, і значно менше, ніж у кішки. Людина є винятком із цієї тенденції: вона має одночасно великий мозок і надзвичайно високе співвідношення маси мозку до маси тіла, що значно випереджає інших тварин у цьому списку. Це свідчить про високий ступінь розвитку головного мозку у людини.