L'intera varietà di forme di reazioni adattative degli organismi viventi è divisa in due gruppi. Gli istinti si sono sviluppati come adattamenti a fenomeni ambientali costanti e periodici.
Il secondo gruppo unisce i tipi di comportamento che gli animali hanno trovato nella vita individuale, più precisamente, ciò che ogni bestia ha capito e patito con la propria mente. Queste reazioni aiutano il corpo ad adattarsi a condizioni di esistenza inaspettate e in rapido cambiamento.
Entrambe le forme di attività adattiva comprendono una serie di azioni successive volte a raggiungere risultati benefici per gli organismi. Tuttavia, la programmazione di tali azioni all'interno di un'attività innata e acquisita può essere effettuata in diversi modi.
Golden Eggs of Wasp e Aplis Snail
Di norma, l'attività istintiva si basa su programmi rigidi. Studiando la vita degli insetti, l'eccezionale naturalista francese J. Fabre ha attirato l'attenzione su un'interessante forma di comportamento istintivo della vespa dalle ali gialle: lo sphex.
Ad un certo stadio di sviluppo in queste vespe, sotto l'influenza dei cambiamenti ormonali interni e dei fattori ambientali (principalmente temperatura dell'aria e durata del giorno), inizia la maturazione delle uova. È inoltre necessario rimandarli. Questa fase del comportamento della vespa carnivora è un tipico esempio di attività istintiva.
La vespa inizia scavando una certa forma in un luogo appartato. Quindi vola via per la caccia alla selvaggina, che dovrebbe servire da cibo per le larve non appena si schiudono dalle uova. Il gioco per sfex è un campo da cricket. Sfex rileva un cricket e lo paralizza con potenti colpi di una puntura nei nodi nervosi. Tirandolo nel buco, la vespa lo lascia vicino all'ingresso, lei stessa scende nel buco per controllare la situazione.
Dopo essersi accertato che non ci siano estranei nel buco, la vespa trascina lì la sua preda e depone le uova sul petto. Può anche trascinare qualche altro grillo nel buco per sigillare l'ingresso con loro. Quindi vola via e non tornerà in questo posto.
Se consideri attentamente tutte le fasi del comportamento di una vespa, noterai che tutti i suoi movimenti sono distribuiti secondo un programma unico soggetto a un unico risultato: la deposizione delle uova. Lo scienziato J. Fabre ha respinto più volte il grillo, che la vespa ha lasciato all'ingresso durante l'ispezione della buca. In questo caso, dopo essere uscito dalla buca e aver notato che la preda era troppo lontana, la vespa la afferrò di nuovo, la tirò verso l'ingresso e poi discese nella buca, ma di nuovo sola. La vespa ripeté instancabilmente tutte le azioni: trascinò il cricket, quindi lo lasciò cadere, controllò il visone, per tornare di nuovo dopo di esso.
Quindi, nel comportamento di una vespa, ogni risultato precedente della sua attività, finalizzato al raggiungimento di un risultato cardine, determina lo sviluppo dell'azione successiva. Se la vespa non riceve un segnale sul completamento con successo della fase precedente, non passerà mai alla fase successiva.
Tutto ciò suggerisce che il comportamento della vespa è costruito secondo un rigoroso programma. È innescato dal bisogno interiore, dalla motivazione. Ma l'attuazione del programma è determinata dai risultati in scena e finali dell'attività adattativa dell'animale. Di cosa si tratta, mostrano le seguenti osservazioni. Dopo che la vespa ha murato l'ingresso, puoi letteralmente distruggere i suoi sforzi davanti ai suoi occhi. Il destino delle uova non è più di interesse per la vespa, poiché la sua missione è completata.
L'intero programma è determinato da meccanismi ereditari. Dopotutto, i discendenti della vespa non incontreranno mai i loro genitori e non impareranno nulla da loro. Tuttavia, questi meccanismi ereditari entrano in vigore solo in presenza di determinati fattori ambientali. Se le vespe non le trovano, ad esempio terreno soffice per i visoni, l'intera catena di azioni si confonde e si rompe. E poi un'intera popolazione di vespe in questo luogo sfortunato muore.
Sembra che si stiano costruendo tutte le forme di attività istintiva.Ciò è stato confermato dagli scienziati che hanno studiato in tutti i continenti e nell'abisso dei mari e degli oceani le maniere e le abitudini di alati, a quattro zampe, squamose, pinnipedi, movimento terra e altri nostri vicini sul pianeta.
Più ampia era la varietà del comportamento istintivo degli animali, più accattivante era attratto da se stesso dal più grande segreto della natura vivente. Su cosa si basano le proprietà interne degli istinti del corpo? Dopo l'apertura nel 1951-1953. J. D. Watson, F. Crick e M. Wilkins della struttura del DNA, questa domanda è stata concretizzata, e ora suona così: in che modo il comportamento innato è codificato nei geni e come lo controllano?
La risposta più vivida e istruttiva a questa domanda è stata data da un gruppo di neuroscienziati americani guidati da E. Candel. Hanno esaminato la stessa forma di comportamento nelle lumache di mare di aplizia come nello sfex: la deposizione delle uova. La deposizione di uova di aplizia, raccontano i partecipanti a questi esperimenti, è una corda contenente più di un milione di uova. Non appena sotto l'influenza di contrarre i muscoli del dotto della ghiandola ermafrodita, dove si verifica la fecondazione, le uova iniziano a essere espulse, la lumaca smette di muoversi e mangiare. La sua respirazione e la frequenza cardiaca aumentano.
La lumaca afferra un filo di uova con la bocca e, muovendo la testa, lo aiuta a uscire dal condotto e poi lo attorciglia in una matassa. Infine, con un movimento della testa, l'animale attacca la muratura a una base solida.
E. Kandel e I. Kupferman hanno trovato nel ganglio addominale (cioè l'accumulo di neuroni) le aplisia cosiddette cellule nervose ascellari. Da essi è stato ottenuto un estratto e introdotto nel corpo di altre lumache. E si è scoperto che il potere di alcune sostanze di questo estratto sul comportamento dei molluschi era così grande che le lumache hanno immediatamente iniziato a deporre le loro uova, anche se la loro maturità non era ancora arrivata. Inoltre, le lumache non fertilizzate, dopo aver ricevuto un tale estratto, hanno fatto movimenti separati dal rituale di deposizione delle uova.
Gli scienziati sono interessati alle sostanze che compongono il principio attivo dell'estratto di cellule ascellari. Si sono rivelati essere 4 peptidi (cioè brevi catene di aminoacidi), uno dei quali era chiamato GOY - l'ormone che depone le uova. Basta notare che questa scoperta non è stata una sorpresa completa. Tra le altre sostanze biologicamente attive, i peptidi sono ora allo studio più intensivo.
Dopotutto, queste minuscole proteine, che agiscono in quantità trascurabili, regolano quasi tutti i processi vitali del corpo: nutrizione, respirazione, secrezione, riproduzione, termoregolazione, sonno, ecc. Il numero di peptidi isolati da diversi tessuti ha già superato i 500. Molti di essi sono sintetizzati nel tessuto nervoso e controllano direttamente il comportamento.
Il ruolo dei peptidi "ascellari" di aplizia si è rivelato essere lo stesso. Gli scienziati americani hanno scoperto 7 neuroni nel sistema nervoso aplsia, sui quali questi peptidi hanno l'effetto più potente e selettivo. Secondo i biologi, queste 7 cellule agiscono come neuroni di comando. In altre parole, controllano il resto delle cellule nervose dell'apisia che fanno parte del sistema funzionale che prevede la deposizione delle uova. In qualsiasi aplosi, queste cellule sotto l'influenza di peptidi "ascellari" iniziano a generare simultaneamente impulsi elettrici e il suono del loro "discorso" elettrico in questo caso è completamente diverso rispetto ad altri casi in cui questi neuroni danno una "voce" elettrica.
Oltre a lanciare questi neuroni di comando, i quattro peptidi delle cellule ascellari avevano anche altre professioni che erano strettamente interfacciate per il bene di un obiettivo finale: la deposizione delle uova. Un peptide rallenta la frequenza cardiaca. Un altro taglia il condotto della ghiandola ermafrodita in modo che il cordone fuoriesca. La terza sopprime l'appetito della lumaca in modo che la madre golosa non pranzi con la propria prole.
Dal sistema riproduttivo della coclea F. Strumwasser e i suoi colleghi hanno isolato altri 2 peptidi. Erano chiamati peptide A e peptide B.Furono loro a costringere le cellule ascellari a secernere i quattro peptidi appena descritti. Grazie a questa scoperta, i meccanismi per l'avvio di un sistema funzionale di deposizione delle uova sono diventati più chiari.
Pertanto, è stato confermato che sono stati i peptidi a "assemblare" le cellule nervose in un'unica associazione di lavoro, selezionando dall'insieme dei possibili composti neuronali quelli che sono soggetti alla loro azione e includendoli nei sistemi funzionali. Insieme ai neuroni, i peptidi combinano anche le cellule periferiche in un commonwealth. Come risultato dell'attività coordinata dai peptidi di tutto questo enorme complesso cellulare, si ottiene un risultato comportamentale utile.
Sembrerebbe che qui tutto sia logico e ponderato. In realtà, un problema molto importante è rimasto irrisolto fino a quando i neuroscienziati hanno iniziato a lavorare con i geni decifrati.
Con quale "ordine" tutti e quattro i peptidi iniziarono ad essere secreti dalle cellule ascellari in ordine rigoroso? Sotto l'azione dei peptidi A e B? Ovviamente. Ma dopotutto, queste sostanze hanno lanciato solo un meccanismo misterioso nelle cellule ascellari. Quindi come si comporta?
Questa domanda è molto importante. Dopotutto, è valsa la pena questa sequenza e proporzionalità nell'assegnazione dei peptidi, e si basava su di essa che era stata costruita la dura programmazione del comportamento istintivo dell'aplisia, almeno in qualche modo per rompere, e lei non avrebbe deposto uova. Ovviamente, ciò accadrebbe anche con lo sphex, dove si indovina anche la "calligrafia" di un gruppo di peptidi.
I neuroscienziati hanno inizialmente suggerito e poi dimostrato che la natura della sintesi di peptidi da un gruppo funzionale affida uno e lo stesso gene, o almeno diversi geni, ma è strettamente collegata da una comunanza di meccanismi regolatori.
Utilizzando metodi di ingegneria genetica, i ricercatori americani hanno identificato e stabilito completamente la sequenza nucleotidica per i tre geni dell'aplisia. Il primo "stampato" in una sequenza rigorosamente definita i quattro peptidi delle cellule ascellari. Altri due geni hanno sintetizzato i peptidi A e B. L'analisi della sequenza nucleotidica di questi geni ha rivelato siti duplicati. Ciò indica che tutti e tre i geni provengono dallo stesso precursore. Durante l'evoluzione, fu probabilmente mutato. Ad esempio, il numero di copie di questo gene potrebbe aumentare (duplicato). A causa delle nuove mutazioni che colpiscono i geni già appena formati, hanno iniziato la propria evoluzione. Di conseguenza, la duplicazione dei geni attraverso la formazione di nuove famiglie di peptidi ha portato ad un aumento del numero di funzioni corporee, ad esempio programmi di comportamento congenito.
È difficile sopravvalutare l'importanza di questo lavoro per la biologia. È stato possibile sviluppare e continuare l'idea di un ruolo formatore di sistemi per i peptidi. È diventato chiaro come mediano l'azione dei "collettori generali" di sistemi genici funzionali su cellule diverse. Il percorso evolutivo che porta dalle mutazioni genetiche alla moltiplicazione e complicazione dei programmi di comportamento istintivo è diventato più chiaro.
Tuttavia, non importa quanto fossero allettanti queste ipotesi, dovevano ancora essere confermate su animali diversi dall'aplisia. Solo allora si potrebbe parlare dell'universalità in natura del principio di controllo sull'intera reazione corporea di un gene che codifica un gruppo di peptidi funzionalmente collegati. E questo è già stato fatto.
Gli scienziati americani N.I. Tublitz e i suoi colleghi hanno dimostrato che diversi geni interconnessi codificano un gruppo di peptidi che controllano lo stadio finale della metamorfosi della falena del tabacco - l'uscita di un insetto da una pupa. Questo duro programma comportamentale lancia un grande peptide. È sintetizzato nel sistema nervoso e inizia a essere rilasciato nel sangue due ore e mezza prima di schiudere la falena. Arrampicandosi dalla pupa, l'insetto allarga le ali. Altri tre peptidi controllano questi processi. Due di loro aiutano a riempire i vasi sanguigni dei vasi sanguigni, da dove sfociano nei vasi sanguigni delle ali e li diffondono.Il terzo peptide agisce sul tessuto connettivo delle ali. Mentre si raddrizzano, dà loro plasticità e quindi - rigidità costante.
Dal 1980 al 1983, nei laboratori del Professor S. Num (Giappone) e del Dr. P. Seburg (USA), è stata stabilita la sequenza del gene che stampa la proteina preproopiomelanocortina. Nel cervello, questa enorme molecola viene tagliata dagli enzimi in diverse catene corte: i peptidi. Negli animali e nell'uomo, i peptidi di preproopiomelanocortina formano un unico sistema funzionale. Conosciamo tutti la sua azione. Grazie a lei, il nostro corpo risponde a stimoli forti e inaspettati con una reazione innata: lo stress.
Un peptide della famiglia delle preproopiomelanocortine aumenta la secrezione di ormoni surrenali glucocorticoidi. A loro volta, aumentano la circolazione sanguigna nei muscoli, aumentano la loro contrattilità, aumentano la glicemia. Un altro peptide stimola la scomposizione del grasso. A causa del glucosio e dei grassi, l'energia di riserva viene mobilizzata. Il terzo peptide migliora la secrezione di insulina e garantisce l'uso del glucosio da parte dei tessuti. Il quarto estingue il dolore. Questo è il motivo per cui non notiamo immediatamente nemmeno gravi lesioni durante l'eccitazione, lo stress. Quindi, la natura rende possibile agli esseri viventi in una situazione estrema di completare la cosa principale, e quindi fare "auto-guarigione". Infine, quest'ultimo peptide aumenta l'attenzione e il livello di veglia cerebrale, utile anche in qualsiasi situazione di vita.
Quindi, veramente "uova d'oro" hanno portato gli scienziati sphex e aplizia. Osservando nel secolo scorso il comportamento di una vespa carnivora, J. Fabre ha scoperto i principali modelli esterni di comportamento innato. Dopo circa un secolo, i neuroscienziati americani hanno generalmente delineato il meccanismo genetico molecolare mediante il quale il cervello immagazzina e implementa programmi di comportamento innato.
Tuttavia, i lavori in questa direzione sono appena iniziati. Dopotutto, il comportamento innato dei mammiferi, che è l'obiettivo finale di tutti gli studi sulla scienza del cervello, in realtà non è mai così codificato come le reazioni di sphex, aplisia o falena del tabacco. L'importanza dei fattori ambientali osservati da J. Fabre osservando una vespa predatrice nel comportamento istintivo degli animali a sangue caldo è incomparabilmente maggiore. Di conseguenza, i principi del controllo genetico sono più complicati, più plastici e in qualche modo già diversi.