СОЗНАНИЕ  —  РЕАЛИЗАЦИЯ  БИОЛОГИЧЕСКИХ  ПРОГРАММ  В  ЭВОЛЮЦИИ  ЖИЗНИ

Баранников  Сергей  Владимирович

студент  1  курса,  кафедра  гистологии  и  биологии  Амурской  ГМА,  РФ,  г.  Благовещенск

E -mail:  45@rambler.ru

Гордиенко  Елена  Николаевна

научный  руководитель,  док.  мед.  наук,  профессор,  кафедра  гистологии  и  биологии  Амурской  ГМА,  РФ,  г.  Благовещенск

В  настоящее  время  изучение  этапов  эволюции  сложных  поведенческих  реакций  у  животных  актуально  в  связи  с  развитием  технологий  геномных  механизмов.  До  сих  пор  ведутся  исследования  по  выявлению  роли  различных  генетических  программ  в  становлении  поведения  у  животных  в  эволюционной  лестнице,  ведущей  к  Homo  sapiens  s.  Перед  студентами,  начинающими  медицинское  образование,  стоит  вопрос:  в  чем  же  практическая  значимость  данных  исследований?  Во-первых  —  изучать  и  прогнозировать  широкие  возможности  развития  личностных  когнитивных  способностей  молодого  человека.  Во-вторых  —  для  будущего  врача  понять  причины  и  механизмы  развития  многих  неврологических,  психических  заболеваний,  действуя  в  системе  предиктивной  медицины.

Наши  интересы  —  проблема  сознания  у  человека  и  наличие  его  у  других  представителей  животного  мира.  Первый  остро  возникший  вопрос  —  понятие  «сознание».  До  сих  пор  не  существует  единой  трактовки  понятия  «сознания»,  поэтому  отталкиваться  будем  от  следующего:  сознание  есть  продукт  мозга,  как  «особо  сложного  куска  живой  материи»  [1],  способного  к  познанию  и  самопознанию.  Сознание  обладает  множеством  свойств  и  функций,  но  в  докладе  сделаем  акцент  на  таких,  как  способности  к  обучению,  ожиданию  и  прогнозированию,  способности  опираться  на  исторический  опыт,  извлекая  позитивное  научающее  знание.

Рассмотрим,  какие  из  выше  перечисленных  свойств  сознания  имеют  животные.  Прежде  всего,  для  данных  черт  сознания  необходимым  условием  является  надежная  и  долгосрочная  память.  Аналогом  памяти  у  животных  является  принцип  условного  рефлекса.  Мало  кто  задумывался  над  схемой  его  работы  на  геномном  уровне.  Изучение  строения  инсулиновых  рецепторов  и  их  изоморф  у  человека  и  их  сравнение  со  вставками  далекой  от  него  нематоды  С.  Elegance,  позволяет  обнаружить,  что  и  в  том,  и  в  другом  случае  вставки  экспонируются  на  поверхности  клеток,  что  говорит  о  сходном  механизме  запоминания  на  данном  уровне.  Приводим  более  подробные  данные  о  роли  инсулинового  рецептора  нематод  и  его  вставок.

Формирование  вкусового  рефлекса  у  нематод.  Японские  нейробиологи  изучили  формирование  вкусового  условного  рефлекса  (аналог  долговременной  памяти  и  обучения)  у  нематоды  C.  Elegans.

Эксперимент  заключался  в  следующем:  нематод  выращивали  в  среде  с  определенным  количеством  соли,  но  одну  группу  при  этом  кормили  как  следует  (контроль),  а  другую  держали  на  голодном  пайке.  Поэтому  у  сытой  группы  данная  концентрация  соли  стала  ассоциироваться  с  пищей,  а  у  голодной  группы  —  с  голодом.  В  последующих  испытательных  тестах  нематод  сажали  в  лотки  с  неоднородной  концентрацией  соли:  она  постепенно  менялась  от  одного  края  лотка  к  другому.  Результат  эксперимента  не  разочаровал  ученых:  нематоды,  согласно  выработанному  рефлексу,  устремлялись  к  той  концентрации  соли,  которая  ассоциировалась  у  них  с  пищей.

Рисунок  1.  Эксперимент  японских  нейробиологов  по  выявлению  условного  рефлекса  C .  Elegans  на  различную  концентрацию  соли  [7]

После  сопоставления  данных  в  ходе  эксперимента  с  данными  по  геномным  характеристикам  оказалось,  что:

1.  рефлекс  отсутствует  у  особей,  мутантных  по  гену  daf-2  —  участника  каскада  PI3K.

2.  в  синапсах  нейрона  ASER  экспрессируется  его  особая  изоформа  —  daf-2c.  Точно  такая  же  вставка  известна  и  для  человеческого  инсулинового  рецептора  IR-B.

Рисунок  2.  Строение  аналогичных  инсулиновых  рецепторов  и  их  изоформ  со  вставками  (красный  цвет)  у  нематоды  (слева)  и  человека  [7]

Эксперименты  с  мутантами  по  daf-2c  показали,  что  именно  эта  изоформа  участвует  во  вкусовом  обучении.  Для  выработки  рефлекса  важно,  чтобы  DAF-2c  оказался  в  аксоне  рядом  с  синапсом.  Поэтому  первоочередную  роль  получают  белки,  переправляющие  их  из  тела  клетки  в  аксон.  Одним  из  таких  агентов  оказался  белок  CASY-1  из  суперсемейства  кадгеринов.  Мутант  по  этому  белку  до  аксона  не  добирается,  и  в  результате  никакого  обучения  не  происходит.

Интерес  представляет  рассмотрение  свойств  поведения  у  муравьев  и  пчел,  которых  мать-природа  обделила  размерами,  но  дала  невероятные  способности  к  объединению  и  совместному  труду  во  благо  колонии.  Руководствуемся  тем,  что  разум  —  явление  общественное!

Геномика  социального  поведения  пчел.  Американские  биологи  установили,  что  ген  vitellogenin,  участвующий  в  формировании  яиц  у  большинства  насекомых,  у  медоносной  пчелы  выполняет  также  целый  ряд  функций,  среди  которых  —  социальная  организация  и  разделение  труда.  Белок  вителлогенин,  кодируемый  данным  геном,  влияет  на  возраст,  в  котором  рабочая  пчела  переходит  от  работы  в  улье  к  сбору  пропитания;  на  то,  какой  корм  она  будет  собирать,  а  также  на  продолжительность  жизни.

Ситуацию  нехватки  «добытчиков»  молодые  пчелы  распознают  по  снижению  концентрации  феромонов,  выделяемых  старшими  пчелами,  после  чего  они  переходят  к  сбору  пропитания  в  более  молодом  возрасте.  Эти  запаховые  сигналы  меняют  экспрессию  сотен  генов  в  мозге  пчелы,  особенно  тех,  которые  кодируют  транскрипционные  факторы.  Например,  ген  for  регулирует  пищевое  поведение  пчел:  у  пчел  собирающих  нектар  ген  for  работает  активнее,  чем  у  тех,  кто  заботится  о  молоди  в  улье.

Взаимоотношения  с  сородичами  могут  приводить  и  к  долговременным,  передающимся  из  поколения  в  поколение  устойчивым  изменениям  экспрессии  генов  в  мозге  благодаря  особым  эпигенетическим  модификациям  ДНК.  Социальное  поведение  —  не  единственная  черта  сознания,  присущая  пчелам.

Принятие  решений  у  пчел.  Чтобы  оперативно  находить  меняющиеся  источники  нектара  пчелы  должны  быстро  учиться  и  быстро  переучиваться.  Эксперименты  показали,  что  пчелы  отлично  помнят  не  только  цвета  и  запахи  мест,  где  они  находили  пищу,  но  и  время  суток,  когда  это  происходило,  причем  для  выработки  устойчивых  навыков  было  достаточно  двух-трех  часов  обучения.  Интересно  то,  что  пчелы  используют  данные  о  времени,  когда  происходила  ориентация  по  цветам.

Было  проведено  несколько  экспериментов,  приводим  основной.  Для  каждой  пчелы  провели  30  сеансов  обучения:  на  первых  20-ти  сладкую  воду  для  пчелы  ставили  на  салфетку  цвета  «А»,  на  10-ти  последних  —  на  цвет  «Б»,  причем  данные  цвета  были  различны  для  разных  пчел.  Таким  образом,  пчела  сначала  училась  распознавать  один  вариант,  затем  переучивалась,  и  в  результате  у  нее  должны  были  сформироваться  «конфликтующие»  навыки.  Чтобы  приучить  пчелу  к  цвету  «А»  хватало  трех-четырех  сеансов,  а  чтобы  переучить  на  цвет  «Б»  требовалось  5—6  сеансов.

Тестирование  памяти  у  всех  пчел  проводилось  сразу  по  окончании  «учебного  курса»,  а  затем  после  перерыва.  Как  сработает  память  пчел?  Возникла  гипотеза:  пчелы  могли  учитывать  время  суток,  когда  приобретен  опыт;  для  них  цвет  А  перестал  производить  нектар,  а  цвет  Б  начал,  потому  что  у  этих  странных  квадратных  цветов  такой  суточный  цикл  (доступность  нектара  в  некоторых  настоящих  цветах  зависит  от  времени  суток).

В  этом  случае  пчелы  должны  выбирать  цвет  «Б»  сразу  и  через  10  минут,  цвет  «А»  через  22  часа,  и  снова  цвет  «Б»  через  24  часа.  Результаты  эксперимента  совпали  с  предсказаниями  гипотезы  (рисунок  4).

Рисунок  4.  Результаты  эксперимента  американских  ученых  по  выявлению  зависимости  выбора  цыета  от  времени  тестирования  у  пчел  [6]

Как  видим,  пчелы  не  только  трудолюбивые  существа,  но  и  мыслящие,  причем  их  мышление  в  некотором  роде  более  загадочно,  нежели  человеческое.

Геномика  отношений  муравьев.  У  муравьев  Solenopsis  invicta  есть  ген,  контролирующий  число  цариц  в  колонии.  Гомозиготные  по  доминантному  аллелю  данного  гена  муравьи-рабочие  (BB)  не  терпят  больше  одной  царицы  в  колонии,  поэтому  их  колонии  маленькие.  Гетерозиготные  муравьи  (Bb)  охотно  ухаживают  сразу  за  несколькими  самками,  и  колонии  у  них  получаются  большие.  Кроме  размера  колонии  муравьи  ВВ  и  Bb  различаются  экспрессией  многих  генов  в  мозге.  Опытным  путем  было  установлено,  что  рабочие  BB,  живущие  в  муравейнике  муравьев  Bb,  идут  на  поводу  у  большинства,  соглашаясь  заботиться  о  нескольких  царицах.  При  этом  рисунок  генной  экспрессии  в  мозге  у  них  становится  почти  таким  же,  как  у  рабочих  Bb.  Но  если  переселить  рабочих  Bb  в  муравейник,  где  преобладает  генотип  BB,  то  гости  не  перенимают  у  хозяев  нетерпимость  к  «лишним»  царицам.

Результаты  опроса  респондентов.  Наряду  с  анализом  теоретического  материала  был  проведен  опрос  168  студентов  1  курса  ГБОУ  ВПО  Амурская  ГМА  на  их  осведомлённость  о  проблеме  сознания.  Результаты  свидетельствуют  о  том,  что  большинство  опрошенных  считает  мышление  основной  функцией  сознания  (25  %),  самоконтроль  и  способность  к  обучению  также  в  приоритете  (по  21  %)  (диаграмма  1).  Наиболее  часто  студенты  реализуют  мышление  (42  %),  познание  (24  %)  и  память  (21  %)  (диаграмма  2).  Вопрос:  «С  какими  функциями  сознания  Вы  не  дружите?»  показал,  что  больше  половины  опрошенных  (57  %)  полагают,  что  все  в  порядке  и  таковых  нет,  однако  18  %  и  16  %  студентов  считают  своими  слабыми  местами  самоконтроль  и  мыслительную  деятельность  (18  %  и  16  %  соответственно),  память  является  проблемой  только  для  7  %  первокурсников.

Диаграмма  1.  «Каковы  на  Ваш  взгляд  функции  сознания?»

Диаграмма  2.  «Какие  функции  сознания,  которые  Вы  используете  наиболее  часто?»

Диаграмма  3.  «С  какими  функциями  сознания  Вы  не  дружите?»

Диаграмма  4.  «Что  или  кто  мешает  проявлению  Вами  данных  свойств  сознания?»

Выводы.   Наш  экскурс  в  научную  литературу  по  этогенетике  доказывает  феноменальные  поведенческие  реакции  у  относительно  просто  устроенных  представителей  Биоты:  круглый  червь  способен  помнить  приобретенный  опыт  и  другие  аргументы.

В  связи  с  этим  мы  заключаем,  что  представители  разных  систематических  групп,  включая  Беспозвоночных,  являются  великолепными  объектами  изучения  геномных  механизмов  функций  сознания,  демонстрируя  их  на  уровне  популяций.

Несмотря  на  разную  степень  сложности  организации  нервной  системы,  многие  особенности  поведения  диктуются  генетической  программой,  заложенной  в  организме,  и  являются  едиными  у  особей  разных  систематических  групп.  Реализация  сложной  рефлекторной  деятельности  обусловлена  геномным  эффектом  и  средовыми  условиями,  «включающими»  эпигеномные  факторы,  способные  коррегировать  активность  ЦНС  с  соответствующим  эффектом.

Список  литературы:

1.Ленин  В.  Полное  собрание  сочинений.  Том  XVIII.  Материализм  и  эмпириокритицизм,  1909  г.,  —  с.  50.

2.Марков  А.  Гены  управляют  поведением,  а  поведение  генами  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://elementy.ru/news/430913   (дата  25.02.2015  г.).

3.Марков  А.  Выявлен  ген,  регулирующий  разделение  труда  у  пчел  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://elementy.ru/news/430472   (дата  25.02.2015  г.).

4.Марков  А.  Принимая  решение,  пчелы  учитывают  свой  прошлый  опыт  и  время  суток  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://elementy.ru/news/430915   (дата  25.02.2015  г.).

5.Наймарк  Е.  Условный  рефлекс  у  нематоды  формируется  на  основе  инсулинового  рецептора  //  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://elementy.ru/news/432289   (дата  25.02.2015  г.). 

6.Cheng  K.,  Prabhu   C.  Recency  preference  of  odour  memory  retrieval  in  honeybees.  Behavioral  Ecology  and  Sociobiology ,  November  2008,  —  vol.  63  —  №  1  —  pp.  23—32.

7.Iino  Y.,  Kato  S.,  Kunitomo  H.,  Naito  Y.,  Ohno  H.,  Tomioka  M.  Role  of  synaptic  phosphatidylinositol  3-kinase  in  a  behavioral  learning  response  in   C.  elegans.  Science,  July  2014,  —  vol.  345  —  №  6194  —  pp.  313—317.