Человек с самого своего появления на Земле наблюдал за реакциями животных и собственными реакциями на различные раздражители. Тем не менее открытие и описание нервной системы у…

Человек с самого своего появления на Земле наблюдал за реакциями животных и собственными реакциями на различные раздражители. Тем не менее открытие и описание нервной системы у менее сложных живых организмов поставило перед нами много вопросов философского плана: насколько мозг связан с мышлением? Насколько мы свободны в своем выборе? Если мышление связано с мозгом, то что произойдет при его повреждении? Описание безусловных и условных рефлексов поставило под сомнение древнее представление о душе и духе, о свободе выбора и самовыражения. Тем не менее, при всей предсказуемости нашего поведения, мы остаемся внутренне свободны в своих поступках и способны нести за них ответственность. Нервная система животных Тема урока: «Нервная система». Цель урока – рассмотреть устройство нервной системы у животных различных систематических групп, а также такое свойство животных, как раздражимость. У простейших, а также у некоторых подвижных клеток животных наблюдается реакция клетки на внешнее воздействие. Так, эвглена зеленая, будучи освещенной, плывет по направлению к источнику света. Клетки инфузории туфельки не подплывают к кристалликам поваренной соли, брошенным на дно сосуда, где обитают инфузории. Такие простейшие двигательные реакции называются таксисами. Таксис – двигательная реакция в ответ на односторонне действующий фактор. Наличие таксисов и многие другие примеры подтверждают, что у простейших и животных имеется свойство реагирования на внешние раздражители. Такое свойство получило название раздражимость. Нервные клетки обладают чувствительностью, функции нервных клеток – это прием, выработка, проведение и передача нервных импульсов. Как мы уже много раз отмечали, губки (рис. 1) недалеко ушли от колониальных простейших: у губок нет ни нервных клеток, ни нервной ткани. Однако у некоторых видов в ограниченной мере проявляется способность к передаче импульсов, делают это обычные клетки. Рис. 1. Губки У кишечнополостных имеются нервные клетки и простая рассеянная нервная система. Нервные клетки имеют звездчатую форму и тонкими отростками соединяются между собой. Располагаются нервные клетки под кожно-мускульными и разбросаны по всему телу, образуя нервные сплетения (рис. 2, 3). Рис. 2. Нервная система гидры (схема) Рис. 3. Нервная система гидры Клетки этой сети связаны с чувствительными нервными клетками, отростки которых возвышаются над наружным и внутренним слоями клеток тела. Благодаря отросткам чувствительных клеток внешние механические, химические или другие раздражения быстро передаются всей нервной сети, это приводит к сокращению кожно-мускульных клеток всего тела или только некоторых его участков. У свободноплавающих медуз наблюдается концентрация нервных клеток по краю зонтика, где располагаются их органы чувств. Рис. 4. Медуза Стабильно повторяемая ответная реакция организма на любое воздействие раздражителя при помощи нервной системы называется рефлексом. Что значит стабильно повторяемая? Это значит, что организм не только как-то реагирует на данный раздражитель, но и на каждый конкретный вид раздражителя у него есть определенная реакция. У плоских червей нервная система представлена нервными узлами, расположенными в передней части тела червя, и отходящими от них нервными столбами. Нервные столбы соединены между собой перемычками. Таким образом, нервная система приобретает вид решетки (рис. 5, 6). Рис. 5. Нервная система плоского червя Рис. 6. Плоский червь Число этих продольных столбов у примитивных форм довольно значительно – 5–6 пар, но в ходе эволюции оно уменьшается до 2 или даже 1 пары. У круглых червей-нематод нервная система состоит из окологлоточного нервного кольца и одного или нескольких продольных нервных стволов. Окологлоточное нервное кольцо образуется вследствие слияния парных надглоточных и подглоточных нервных узлов (рис. 7). Рис. 7. Нервная система круглого червя У кольчатых червей в результате сокращения числа нервных стволов образуется брюшная нервная цепочка, имеется крупное и развитое окологлоточное нервное кольцо, которое иногда даже именуют головным мозгом. В каждом сегменте тела брюшная нервная цепочка формирует пару самостоятельных нервных узлов с отходящими от них нервами (рис. 8, 9). Рис. 8–9. Нервная система кольчатого червя Нервная система членистоногих принципиально сходна с таковой у кольчатых червей. Надглоточный нервный узел у членистоногих очень крупный и сложно организованный. В нем происходит обособление отдельных нервных центров, такой крупный надглоточный нервный узел называется головным мозгом. Имеется и брюшная нервная цепочка (рис. 10). Рис. 10. Нервная система членистоногих Для некоторых ракообразных и многоножек характерно наличие собственного нервного узла в каждом сегменте тела. У большинства же представителей типа отдельные нервные узлы сливаются между собой. Нервная система в целом концентрируется в передней части тела. Для примитивных моллюсков характерна нервная система, состоящая из окологлоточного кольца и четырех стволов, два из которых иннервируют ногу. У большинства же представителей типа наблюдается образование ганглиев и их смещение к переднему концу тела, причем наибольшее развитие получает надглоточный нервный узел, который в данном случае также называется головным мозгом (рис. 11). В результате всего этого формируется нервная система разбросанно узлового типа. Рис. 11. Нервная система моллюска Нервная система иглокожих представлена относительно просто и состоит из трех отдельных частей, каждая из частей построена по радиальному плану и состоит из нервного кольца и радиальных нервных тяжей (рис. 12). Рис. 12. Нервная система морской звезды Устройство нервной системы – это тот редкий случай, когда действительной можно сказать, что у некоторых хордовых эта система устроена сложнее, чем у других животных. Для хордовых нервная система ланцетника устроена просто, это полая нервная трубка, находящаяся на спинной стороне тела, передний конец ее расширен и образует головной пузырь (рис. 13). Головной пузырь – как раз то, из чего в ходе эволюции образуется головной мозг позвоночных животных. Рис. 13. Нервная система ланцетника Нервная система позвоночных животных состоит из головного и спинного мозга, а также отходящих от них нервов. Головной мозг имеет пять отделов: передний, промежуточный, средний, продолговатый и мозжечок. Продолговатый мозг переходит в спинной мозг без какой-нибудь четкой границы (рис. 14, 15). Рис. 14. Нервная система рыбы Рис. 15. Головной мозг рыбы Относительный размер и сложность головного мозга у представителей разных классов позвоночных животных различны. Вес головного мозга в процентах от массы тела составляет у современных хрящевых рыб от 0,06–0,44 %, у костных рыб от 0,02–0,94 %. По сравнению с рыбами вес головного мозга земноводных гораздо больше. Относительный вес головного мозга составляет для хвостатых земноводных 0,29–0,36 %, для бесхвостых земноводных 0,50–0,73 % (рис. 16). Рис. 16. Сравнение размеров мозга животных Как и у других позвоночных, головной мозг амфибий состоит из пяти отделов. Передний мозг относительно крупный и разделен на два полушария, имеются крупные обонятельные доли, развит промежуточный мозг, мозжечок развит относительно слабо, в связи с несложными однообразными движениями земноводных. Продолговатый мозг отвечает за деятельность дыхательной, кровеносной и пищеварительной системы. Средний мозг относительно невелик, он развит слабее, чем у костных рыб. Он является центром зрения, а также отвечает за деятельность скелетной мускулатуры (рис. 17). Рис. 17. Строение мозга земноводного Нервная система пресмыкающихся в связи с активным наземным существованием претерпевает дальнейшие усложнения. Масса мозга у рептилий может быть в 250, а то и в 10 000 раз меньше массы тела, но это не потому, что у рептилий такой маленький мозг, а потому, что среди них много крупных созданий с большой массой тела. Рис. 18. Строение мозга крокодила Большее развитие получает мозжечок и передний мозг. Масса переднего мозга составляет до половины от массы головного мозга в целом. Любопытно, что обонятельные доли относительно небольшие, тогда как сильно развиты полушария переднего мозга (рис. 18). Огромная скорость обмена веществ приводит к формированию у птиц сложного поведения, такое поведение и невероятная сложность движений, связанных с полетом, приводит еще к большему, чем у рептилий, развитию головного мозга. У птиц масса переднего мозга составляет от 50 до 60 % массы всего головного мозга, а у мелких воробьинообразных птиц даже до 70 %. Особого развития достигают большие полушария переднего мозга. В связи с полетом чрезвычайно сильно развит и мозжечок (рис. 19, 20). Рис. 19. Нервная система птиц Рис. 20. Головной мозг птицы И, наконец, вершины своего развития головной мозг достигает у некоторых млекопитающих. Для представителей класса в целом характерны незначительные размеры переднего мозга, особенно коры его полушарий. Она состоит из нескольких слоев нервных клеток, имеет извилины и складки, причем чем сложнее поведение животного, тем большие количество извилин мы можем наблюдать в коре его переднего мозга. Значительного развития достигает у млекопитающих средний мозг и мозжечок (рис. 21). Рис. 21. Мозг шимпанзе Рефлексы Одним из важных механизмов реакции организма на раздражение является рефлекс. Рефлексы бывают врожденные, или безусловные, и приобретенные, или условные. Безусловные рефлексы – это наследственно передаваемые реакции организма на раздражитель. Такие рефлексы присущи всем представителям вида. Примеры безусловных рефлексов – это рефлекторное отдергивание руки от горячего объекта или рефлекторное учащение дыхания при избытке углекислого газа в крови. Условные рефлексы возникают в ходе индивидуального развития и накопления животным данных. Условные рефлексы формируются на базе безусловных при участии высокоразвитого головного мозга. Разработка учения об условных рефлексах связана в первую очередь с именем Ивана Петровича Павлова (рис. 22). Он показал, что новое нейтральное воздействие может вызвать у животного рефлекторную реакцию, если оно некоторое время предъявлялось вместе с безусловным воздействием. Рис. 22. И.П. Павлов Например, если собаке дать понюхать мяса, то у нее выделяется желудочный сок, это безусловный рефлекс, если же одновременно с подачей мяса, например, звенеть звоночком, то нервная система собаки ассоциирует этот звук с пищей. Желудочный сок будет выделяться в ответ на звоночек, даже если мясо собаке не показывать. Условные рефлексы лежат в основе приобретенного поведения. Рис. 23. Академик Павлов за работой Однако поведение многих животных нельзя описать лишь с использованием лишь условных и безусловных рефлексов. Существуют и многие очень сложные и разнообразные механизмы нерефлекторного поведения. Ни один современный биолог не сводит, например, поведение млекопитающих только к рефлексам. Собака Павлова – это скорее препарат для изучения условного рефлекса, чем модель описания животного. Инстинкты Инстинкт – это совокупность наследуемых программ поведения, характерных для животных определенного вида в данных определенных условиях. Инстинкты составляют основы поведения животных, однако у многих животных инстинкты модифицируются под влиянием опыта. Например, инстинктивно отыскать место для убежища, постройка норы, гнезда или логова, кормление детей. Человек с самого своего появления на Земле наблюдал за реакциями животных и собственными реакциями на различные раздражители. Тем не менее открытие и описание нервной системы у менее сложных живых организмов поставило перед нами много вопросов философского плана: насколько мозг связан с мышлением? Насколько мы свободны в своем выборе? Если мышление связано с мозгом, то что произойдет при его повреждении? Описание безусловных и условных рефлексов поставило под сомнение древнее представление о душе и духе, о свободе выбора и самовыражения. Тем не менее, при всей предсказуемости нашего поведения, мы остаемся внутренне свободны в своих поступках и способны нести за них ответственность. Нервная система животных Тема урока: «Нервная система». Цель урока – рассмотреть устройство нервной системы у животных различных систематических групп, а также такое свойство животных, как раздражимость. У простейших, а также у некоторых подвижных клеток животных наблюдается реакция клетки на внешнее воздействие. Так, эвглена зеленая, будучи освещенной, плывет по направлению к источнику света. Клетки инфузории туфельки не подплывают к кристалликам поваренной соли, брошенным на дно сосуда, где обитают инфузории. Такие простейшие двигательные реакции называются таксисами. Таксис – двигательная реакция в ответ на односторонне действующий фактор. Наличие таксисов и многие другие примеры подтверждают, что у простейших и животных имеется свойство реагирования на внешние раздражители. Такое свойство получило название раздражимость. Нервные клетки обладают чувствительностью, функции нервных клеток – это прием, выработка, проведение и передача нервных импульсов. Как мы уже много раз отмечали, губки (рис. 1) недалеко ушли от колониальных простейших: у губок нет ни нервных клеток, ни нервной ткани. Однако у некоторых видов в ограниченной мере проявляется способность к передаче импульсов, делают это обычные клетки. Рис. 1. Губки У кишечнополостных имеются нервные клетки и простая рассеянная нервная система. Нервные клетки имеют звездчатую форму и тонкими отростками соединяются между собой. Располагаются нервные клетки под кожно-мускульными и разбросаны по всему телу, образуя нервные сплетения (рис. 2, 3). Рис. 2. Нервная система гидры (схема) Рис. 3. Нервная система гидры Клетки этой сети связаны с чувствительными нервными клетками, отростки которых возвышаются над наружным и внутренним слоями клеток тела. Благодаря отросткам чувствительных клеток внешние механические, химические или другие раздражения быстро передаются всей нервной сети, это приводит к сокращению кожно-мускульных клеток всего тела или только некоторых его участков. У свободноплавающих медуз наблюдается концентрация нервных клеток по краю зонтика, где располагаются их органы чувств. Рис. 4. Медуза Стабильно повторяемая ответная реакция организма на любое воздействие раздражителя при помощи нервной системы называется рефлексом. Что значит стабильно повторяемая? Это значит, что организм не только как-то реагирует на данный раздражитель, но и на каждый конкретный вид раздражителя у него есть определенная реакция. У плоских червей нервная система представлена нервными узлами, расположенными в передней части тела червя, и отходящими от них нервными столбами. Нервные столбы соединены между собой перемычками. Таким образом, нервная система приобретает вид решетки (рис. 5, 6). Рис. 5. Нервная система плоского червя Рис. 6. Плоский червь Число этих продольных столбов у примитивных форм довольно значительно – 5–6 пар, но в ходе эволюции оно уменьшается до 2 или даже 1 пары. У круглых червей-нематод нервная система состоит из окологлоточного нервного кольца и одного или нескольких продольных нервных стволов. Окологлоточное нервное кольцо образуется вследствие слияния парных надглоточных и подглоточных нервных узлов (рис. 7). Рис. 7. Нервная система круглого червя У кольчатых червей в результате сокращения числа нервных стволов образуется брюшная нервная цепочка, имеется крупное и развитое окологлоточное нервное кольцо, которое иногда даже именуют головным мозгом. В каждом сегменте тела брюшная нервная цепочка формирует пару самостоятельных нервных узлов с отходящими от них нервами (рис. 8, 9). Рис. 8–9. Нервная система кольчатого червя Нервная система членистоногих принципиально сходна с таковой у кольчатых червей. Надглоточный нервный узел у членистоногих очень крупный и сложно организованный. В нем происходит обособление отдельных нервных центров, такой крупный надглоточный нервный узел называется головным мозгом. Имеется и брюшная нервная цепочка (рис. 10). Рис. 10. Нервная система членистоногих Для некоторых ракообразных и многоножек характерно наличие собственного нервного узла в каждом сегменте тела. У большинства же представителей типа отдельные нервные узлы сливаются между собой. Нервная система в целом концентрируется в передней части тела. Для примитивных моллюсков характерна нервная система, состоящая из окологлоточного кольца и четырех стволов, два из которых иннервируют ногу. У большинства же представителей типа наблюдается образование ганглиев и их смещение к переднему концу тела, причем наибольшее развитие получает надглоточный нервный узел, который в данном случае также называется головным мозгом (рис. 11). В результате всего этого формируется нервная система разбросанно узлового типа. Рис. 11. Нервная система моллюска Нервная система иглокожих представлена относительно просто и состоит из трех отдельных частей, каждая из частей построена по радиальному плану и состоит из нервного кольца и радиальных нервных тяжей (рис. 12). Рис. 12. Нервная система морской звезды Устройство нервной системы – это тот редкий случай, когда действительной можно сказать, что у некоторых хордовых эта система устроена сложнее, чем у других животных. Для хордовых нервная система ланцетника устроена просто, это полая нервная трубка, находящаяся на спинной стороне тела, передний конец ее расширен и образует головной пузырь (рис. 13). Головной пузырь – как раз то, из чего в ходе эволюции образуется головной мозг позвоночных животных. Рис. 13. Нервная система ланцетника Нервная система позвоночных животных состоит из головного и спинного мозга, а также отходящих от них нервов. Головной мозг имеет пять отделов: передний, промежуточный, средний, продолговатый и мозжечок. Продолговатый мозг переходит в спинной мозг без какой-нибудь четкой границы (рис. 14, 15). Рис. 14. Нервная система рыбы Рис. 15. Головной мозг рыбы Относительный размер и сложность головного мозга у представителей разных классов позвоночных животных различны. Вес головного мозга в процентах от массы тела составляет у современных хрящевых рыб от 0,06–0,44 %, у костных рыб от 0,02–0,94 %. По сравнению с рыбами вес головного мозга земноводных гораздо больше. Относительный вес головного мозга составляет для хвостатых земноводных 0,29–0,36 %, для бесхвостых земноводных 0,50–0,73 % (рис. 16). Рис. 16. Сравнение размеров мозга животных Как и у других позвоночных, головной мозг амфибий состоит из пяти отделов. Передний мозг относительно крупный и разделен на два полушария, имеются крупные обонятельные доли, развит промежуточный мозг, мозжечок развит относительно слабо, в связи с несложными однообразными движениями земноводных. Продолговатый мозг отвечает за деятельность дыхательной, кровеносной и пищеварительной системы. Средний мозг относительно невелик, он развит слабее, чем у костных рыб. Он является центром зрения, а также отвечает за деятельность скелетной мускулатуры (рис. 17). Рис. 17. Строение мозга земноводного Нервная система пресмыкающихся в связи с активным наземным существованием претерпевает дальнейшие усложнения. Масса мозга у рептилий может быть в 250, а то и в 10 000 раз меньше массы тела, но это не потому, что у рептилий такой маленький мозг, а потому, что среди них много крупных созданий с большой массой тела. Рис. 18. Строение мозга крокодила Большее развитие получает мозжечок и передний мозг. Масса переднего мозга составляет до половины от массы головного мозга в целом. Любопытно, что обонятельные доли относительно небольшие, тогда как сильно развиты полушария переднего мозга (рис. 18). Огромная скорость обмена веществ приводит к формированию у птиц сложного поведения, такое поведение и невероятная сложность движений, связанных с полетом, приводит еще к большему, чем у рептилий, развитию головного мозга. У птиц масса переднего мозга составляет от 50 до 60 % массы всего головного мозга, а у мелких воробьинообразных птиц даже до 70 %. Особого развития достигают большие полушария переднего мозга. В связи с полетом чрезвычайно сильно развит и мозжечок (рис. 19, 20). Рис. 19. Нервная система птиц Рис. 20. Головной мозг птицы И, наконец, вершины своего развития головной мозг достигает у некоторых млекопитающих. Для представителей класса в целом характерны незначительные размеры переднего мозга, особенно коры его полушарий. Она состоит из нескольких слоев нервных клеток, имеет извилины и складки, причем чем сложнее поведение животного, тем большие количество извилин мы можем наблюдать в коре его переднего мозга. Значительного развития достигает у млекопитающих средний мозг и мозжечок (рис. 21). Рис. 21. Мозг шимпанзе Рефлексы Одним из важных механизмов реакции организма на раздражение является рефлекс. Рефлексы бывают врожденные, или безусловные, и приобретенные, или условные. Безусловные рефлексы – это наследственно передаваемые реакции организма на раздражитель. Такие рефлексы присущи всем представителям вида. Примеры безусловных рефлексов – это рефлекторное отдергивание руки от горячего объекта или рефлекторное учащение дыхания при избытке углекислого газа в крови. Условные рефлексы возникают в ходе индивидуального развития и накопления животным данных. Условные рефлексы формируются на базе безусловных при участии высокоразвитого головного мозга. Разработка учения об условных рефлексах связана в первую очередь с именем Ивана Петровича Павлова (рис. 22). Он показал, что новое нейтральное воздействие может вызвать у животного рефлекторную реакцию, если оно некоторое время предъявлялось вместе с безусловным воздействием. Рис. 22. И.П. Павлов Например, если собаке дать понюхать мяса, то у нее выделяется желудочный сок, это безусловный рефлекс, если же одновременно с подачей мяса, например, звенеть звоночком, то нервная система собаки ассоциирует этот звук с пищей. Желудочный сок будет выделяться в ответ на звоночек, даже если мясо собаке не показывать. Условные рефлексы лежат в основе приобретенного поведения. Рис. 23. Академик Павлов за работой Однако поведение многих животных нельзя описать лишь с использованием лишь условных и безусловных рефлексов. Существуют и многие очень сложные и разнообразные механизмы нерефлекторного поведения. Ни один современный биолог не сводит, например, поведение млекопитающих только к рефлексам. Собака Павлова – это скорее препарат для изучения условного рефлекса, чем модель описания животного. Инстинкты Инстинкт – это совокупность наследуемых программ поведения, характерных для животных определенного вида в данных определенных условиях. Инстинкты составляют основы поведения животных, однако у многих животных инстинкты модифицируются под влиянием опыта. Например, инстинктивно отыскать место для убежища, постройка норы, гнезда или логова, кормление детей. Напиши конспект по этому тексту