Краткая история биологии - Азимов Айзек

Учение о поведении в целом — психология — труднее всего поддается математическому выражению, но его можно обосновать экспериментально. Приоритет в этой области принадлежит немецкому физиологу Вильгельму Максу Вундту (1832–1920), создавшему в 1879 г. первую лабораторию экспериментальной психологии. Его исследования дали начало таким экспериментам, во время которых крысы должны были решать в лабиринте сложные задачи, а шимпанзе — придумывать, как добраться до недоступных бананов. Позднее такие эксперименты применили и к людям, предлагая им отвечать на специальные вопросы и решать задачи. На основе полученных ответов давалась оценка умственных способностей человека. В 1905 г. французский психолог Альфред Бине (1857–1912) предложил свой метод, основанный на определении коэффициента умственных способностей, или коэффициента интеллектуальности (КИ).

Значительно более фундаментальные исследования, непосредственно связывающие поведение с нервной системой, провел русский физиолог Иван Петрович Павлов (1849–1936), который на ранних этапах своей научной деятельности изучал нервную регуляцию секреции пищеварительных соков, а с начала нашего века — рефлексы вообще.

У голодной собаки при виде пищи выделяется слюна. Это целесообразный рефлекс, так как слюна необходима для смачивания и переваривания пищи. Если каждый раз, когда собаке показывают пищу, одновременно звенит звонок, то он прочно связывается с видом пищи; в конце концов слюна будет выделяться на звонок, даже если собака не видит пищи, то есть у нее выработается условный рефлекс. Павлов доказал, что подобным образом можно выработать любые рефлексы.

Другое направление в психологии — бихевиоризм — утверждает, что всякое обучение является, по существу, развитием условных рефлексов и, если можно так сказать, новых нервных связей. Наиболее известными представителями этой школы в ее крайнем выражении были американские психологи Джон Бродес Уотсон (1878–1958) и Баррус Фредерик Скиннер (род. в 1904 г.).

Бихевиоризм выражает крайне механистическое понимание психики, так как низводит все фазы психической деятельности до физических моделей сложного сплетения нервов. По общему мнению, такая постановка вопроса является упрощенчеством.

Изучение поведения, инстинктов и способности к обучению, проявляемой животными в природе, получило новое развитие в работах Конрада Лоренца (род. в 1903 г.) и Николааса Тинбергена (род. в 1907 г.), посвященных возникновению структур поведения и значению «пусковых» механизмов отдельных актов поведения. В итоге возникла новая отрасль биологии — этология, изучающая сложные формы поведения животных.

Нервные потенциалы

Мы говорим о нервной системе и импульсах, проходящих по ее путям. Но что представляют собой эти импульсы? Древняя доктрина о духе, протекающем по нервам, была вдребезги разбита Галлером и Галлем, но в 1791 г., когда итальянский физиолог Луиджи Гальвани (1737–1798) обнаружил, что мышцы препарированной лягушки могут сокращаться под влиянием электрического тока, она возродилась в новой форме. Гальвани объявил о существовании собственного, так называемого «животного» электричества мышцы.

В своей первоначальной формулировке эта мысль была неверной, но, соответственно видоизмененная, она дала плоды. Немецкий физиолог Эмиль Дюбуа-Реймон (1818–1896), еще будучи студентом, написал работу об электрических рыбах; с тех пор электрические явления в животных тканях стали предметом его научного интереса. С 1840 г. ученый приступил к усовершенствованию старых приборов и изобрел новую, безупречную методику регистрации очень слабых электрических токов, проходящих по нерву и мышце. Он показал, что нервный импульс сопровождается изменениями в электрическом состоянии нерва. Нервный импульс по своей природе, по крайней мере частично, является электрическим, а электричество и есть тот тончайший флюид, который искали в нервах ученые, верившие в нервный «дух».

Электрические разряды пробегают не только по нерву, но и по мышце. В ритмически сокращающихся мышцах, как, например, в сердце, электрические изменения также ритмичны. В 1903 г. голландский физиолог Виллем Эйнтховен (1860–1927) сконструировал очень чувствительный струнный гальванометр, способный обнаруживать чрезвычайно слабые токи. Он использовал его для регистрации ритмически изменяющихся электрических потенциалов сердца, помещая на коже специальные электроды. К 1906 г. он установил, что по электрокардиограммам (ЭКГ), которые он получал, можно выявить различные виды нарушений работы сердца.

Сходные методы использовал в 1929 г. немецкий психиатр Ганс Бергер (1873–1941). Он прикреплял электроды к черепу и регистрировал ритмические изменения потенциалов, которые сопровождают мозговую деятельность[4]. Электроэнцефалограммы (ЭЭГ) очень сложны и трудны для расшифровки. Однако при значительных повреждениях головного мозга, при наличии опухоли изменения выявить легко. Точно так же эпилепсия, считавшаяся «священной болезнью», может быть обнаружена по измененной ЭЭГ.

И все же открытие электрических потенциалов не дало исчерпывающего ответа на все вопросы. Электрический импульс, проходящий через нервное окончание, сам по себе не способен преодолеть синаптического разрыва между двумя нейронами и вызвать новый электрический импульс в следующем нейроне. В 1921 г. австрийский физиолог Отто Леви (1873–1961) описал химическую передачу нервных импульсов. Нервный импульс наряду с электрическим включает в себя и химическое изменение. Химическое вещество, освобождающееся при возбуждении нерва, переходит через синаптический разрыв и таким образом передает нервное возбуждение. Английский физиолог Генри Холлет Дейл (род. в 1875 г.) отождествил это химическое вещество с соединением, называемым ацетилхолином. Позже были открыты и другие химические вещества, так или иначе связанные с нервной деятельностью. Некоторые из них могут вызывать симптомы психических расстройств.

Но все же нейрохимия пока находится на ранней стадии развития, хотя ей и суждено стать новым могучим средством изучения психической деятельности человека.

Глава XI Кровь

Гормоны

Как бы ни был велик успех нейронной теории, она не могла решить всех накопившихся к тому времени проблем. Электрические сигнализаторы, курсирующие по нервным путям, не могут считаться единственными регулирующими механизмами тела. Существуют также и химические сигнализаторы, проходящие по крови.

Так, в 1902 г. два английских физиолога, Эрнст Генри Старлинг (1866–1927) и Уильям Мэддок Бейлисс (1860–1924), обнаружили, что даже если перерезать все нервы, ведущие к поджелудочной железе, она все равно принимает сигналы: выделяет пищеварительный сок сразу, как только кислая пища из желудка попадает в кишечник. Оказалось, что слизистая оболочка тонких кишок под влиянием кислоты желудочного сока вырабатывает вещество, которое Старлинг и Бейлисс назвали секретином. Именно секретин и стимулирует выделение сока поджелудочной железы. Старлинг предложил называть все вещества, выделяемые в кровь железами внутренней секреции и осуществляющие регуляцию функций органов, гормонами (от греческого horman — возбуждать, побуждать).

Гормональная теория оказалась чрезвычайно плодотворной; было обнаружено, что большинство гормонов, циркулирующих с кровью в ничтожных, следовых концентрациях, очень тонко поддерживает строгое соотношение между химическими реакциями, иными словами, регулирует физиологические процессы в организме.

В 1901 г. американский химик Йокихи Такамине (1854–1922) выделил из мозговой части надпочечников активное вещество в кристаллическом виде и назвал его адреналином. Это был первый выделенный гормон с установленной структурой.

Вскоре возникло предположение, что одним из процессов, регулируемых гормональной деятельностью, является основной обмен веществ. Магнус-Леви обратил внимание на связь между нарушениями основного обмена и заболеваниями щитовидной железы, а американский биохимик Эдвард Кэлвин Кендалл (род. в 1886 г.) в 1915 г. сумел выделить из щитовидной железы вещество, названное им тироксином. Оно действительно оказалось гормоном, небольшие количества которого регулируют основной обмен веществ.