Рассказ предка. Путешествие к заре жизни. - Ричард Докинз

Клюв утконоса кажется комическим, его схожесть с клювом утки делает его более нелепым благодаря относительно большим размерам, а также, потому что у утиного клюва есть определенная внутренняя смехотворность, возможно заимствованная у Дональда. Но юмор несправедлив к этому поразительному приспособлению. Если Вы хотите мыслить на языке несовместимой трансплантации, забудьте все об утках. Более сильная аналогия – специальная носовая часть, пересаженная на самолет-разведчик «Нимрод». Американский эквивалент – AWACS, более знакомый, но менее подходящий для моей аналогии, «трансплантированный» AWACS находится на верху фюзеляжа, а не впереди, как клюв. 

Летающий утконос?

Установленная на самолет «Нимрод» система раннего оповещения с выпуклым наростом спереди, несущим бортовое радарное оборудование. Американский эквивалент AWACS несет свой нарост в виде диска над фюзеляжем. [Иллюстрация добавлена переводчиком.]

Дело в том, что клюв утконоса – не просто пара челюстей для питья и питания, как у утки. Для этого он используется также, хотя он эластичный, а не роговой, как клюв утки. Но намного более интересно, что клюв утконоса – устройство разведки, орган AWACSа. Утконосы охотятся на ракообразных, личинок насекомых и других маленьких существ в тине на дне ручьев. Глаза не помогают в мутной воде, и утконосы во время охоты держат их плотно закрытыми. Не только глаза, они также закрывают свои ноздри и уши. Не видя добычу, не слыша добычу, не чувствуя никакого запаха добычи: все же они находят добычу с большой эффективностью, ловя половину своего собственного веса в день.

Если бы Вы скептически исследователи того, кто утверждает, что он обладает «шестым чувством», как бы Вы поступили? Вы завязали бы ему глаза, закрыли бы ему уши и ноздри, и затем поставили бы ему некоторую задачу сенсорного восприятия. Утконосы в Вашем эксперименте выходят из положения по-своему. Они выключают три чувства, которые важны для нас (и, возможно, для них на суше), как будто сконцентрировав все свое внимание на каком-то другом чувстве. И ключ к разгадке кроется в одной дополнительной особенности их охотничьего поведения. Они раскачивают клювом в движениях, называемых саккада, из стороны в сторону, так же как они плавают. Это похоже на сканирование блюда радаром...

Одно из первых научных описаний утконоса в публикации сэра Эверарда Хоума (Everard Home) в Философских трудах Королевского Общества за 1802 год, было дальновидным. Он заметил, что ветвь тройничного нерва, которая возбуждает лицо, необыкновенно большая. Это обстоятельство наводит нас на мысль, что чувствительность различных участков клюва очень велика, и поэтому он выполняет функции руки и способен хорошо улавливать различия в ощущениях.

Сэр Эверард не знал о нем и половины. Об этом говорит упоминание руки. Великий канадский нейролог Уайлдер Пенфильд (Wilder Penfield) опубликовал знаменитое изображение человеческого мозга вместе с диаграммой, показывающей пропорционально обслуживаемые им различные части тела. Вот карта участка мозга, обеспечивающего управление различными мышцами с одной стороны тела. Пенфильд сделал похожую карту для участка мозга, отвечающего за осязание в различных частях тела. Удивительно то, что на обеих картах огромный выступ отдан руке. Лицо выделяется также, особенно участки, управляющие движениями челюсти при жевании и разговоре.

Но именно рука по-настоящему обращает на себя внимание, когда Вы видите «гомункула» Пенфильда. На следующей странице то же самое представлено в другом виде. Этот гротеск искажает тело пропорционально долям мозга, обслуживающим его различные части. Это еще раз показывает, что человеческий мозг очень чувствителен к рукам.

О чем это говорит? Мой «Рассказ Утконоса» признателен выдающемуся австралийскому нейробиологу Джеку Петтигрю (Jack Pettigrew) и его коллегам, включая Пола Мангера (Paul Manger), и одна из интереснейших вещей, которую они сделали, это препарировали «утконосункула», утконосовый аналог гомункула Пенфильда. Прежде всего, скажем, что это было сделано намного более тщательно, чем в случае с гомункулом Пенфильда, основанного на очень скудных данных. «Утконосункул» – очень детально разработанный труд. Вы можете увидеть три небольших карты верхнего отдела мозга утконоса: отдельное представление сенсорной информации от поверхности тела в различных участках мозга: три карты тела, окрашенные в различные цвета, чтобы их различить. Факт, что синяя и красная карта обращены в одну сторону, а карта коричневого цвета – в другую, не важен. Это, между прочим, является общим уроком для всех карт мозга. Для животного несущественно, что есть упорядоченная пространственная увязка между каждой частью тела и соответствующей частью мозга.

Карта мозга Пенфильда. Адаптировано от Penfield и Rasmussen [222]. 

Заметьте, что руки и ноги, окрашенные темным на трех картах, приблизительно пропорциональны самому телу, в отличие от случая гомункула Пенфильда с его огромными руками. У «утконосункула» непропорционален клюв. Карты клюва – огромные области, достигающие размером карт остальных частей тела. Красная карта особо преувеличивает клюв, также, как рука доминирует в карте человека. Если в человеческом мозгу широко представлены руки, то в мозгу утконоса – клюв. Предположение сэра Эверарда Хоума выглядит оправданно. Но, как мы увидим, в одном аспекте клюв даже лучше, чем рука: он может достать и «почувствовать» предметы, не касаясь их. Он может чувствовать на расстоянии. Он делает это с помощью электричества.

Когда любое животное, такое как пресноводная креветка, которая является типичной добычей утконоса, использует свои мышцы, неизбежно генерируются слабые электрические поля. Они могут быть обнаружены достаточно чувствительным аппаратом, особенно в воде. Учитывая специализированную вычислительную способность обрабатывать данные от большого количества таких чувствительных элементов, может быть вычислен источник электрических полей. Утконос, конечно, не вычисляет так, как это делает математик или компьютер. Но на каком-то уровне в их мозгу происходит аналог вычисления, и в результате они ловят свою добычу.

У утконоса приблизительно 40 000 чувствительных электрических элементов, распределенных в продольных бороздах на обеих сторонах клюва. Как показывает «утконосункул», большие участки мозга отданы под обработку данных от этих 40 000 датчиков. Но диаграмма усложняется. В дополнение к 40 000 электрическим датчикам существует приблизительно 60 000 механических датчиков, названных толкателями, рассеянных по поверхности клюва. Петтигрю и его сотрудники нашли нервные клетки в мозге, которые получают входные сигналы от механических датчиков. И они нашли другие мозговые клетки, которые отвечают как за электрические, так и за механические датчики (пока они не нашли мозговых клеток, которые отвечают только за электрические датчики). Оба вида клеток занимают свою точную позицию на пространственной карте клюва, и они являются многослойными, что напоминает человеческий зрительный отдел мозга, где многослойность помогает бинокулярному зрению. Так же, как наш слоистый мозг объединяет информацию от двух глаз, чтобы создать стереоскопическое восприятие, группа Петтигрю полагает, что утконос мог бы объединять информацию от электрических и механических датчиков некоторым столь же полезным способом. Как это могло быть сделано?

Они предлагают аналогию грома и молнии. Вспышка молнии и раскат грома случаются одновременно. Мы видим молнию сразу, но грому необходимо больше времени, чтобы достигнуть нас, перемещаясь с относительно невысокой скоростью звука (и, между прочим, удар становится грохотом из-за эха). Рассчитав задержку между молнией и громом, мы можем вычислить, насколько далеко гроза. Возможно, электрический разряд от мышц добычи – молния утконоса, в то время как гром – волновое возмущение воды, вызванное движениями добываемых животных. Мозг утконоса настроен так, чтобы вычислять временную задержку между этими двумя явлениями, и, следовательно, вычислять, насколько далеко добыча? Это кажется вероятным.

Что касается точного определения направления на добычу, оно должно быть реализовано благодаря сравнению входных сигналов от различных рецепторов на всем протяжении карты, чему, по-видимому, способствует движение клюва из стороны в сторону, так же, как созданный человеком радар использует вращение тарелки. С таким огромным количеством датчиков, составляющих карту благодаря множеству клеток мозга, утконос, весьма вероятно, формирует детальное трехмерное изображение любых электрических возмущений в своей близи.

Петтигрю и его коллеги подготовили эту карту изолиний равной электрической чувствительности вокруг клюва утконоса. Когда Вы представляете себе утконоса, забудьте об утке, представьте «Нимрод», представьте AWACS; представьте огромную руку, нащупывающую путь отдаленными булавками и иглами; представьте сверкание молнии и раскаты грома в мутных водах Австралии.