Как «животное электричество» используется для решения важных задач
Подобно тому, как гигантский аксон кальмара является образцом нервного волокна, образцом нервной клетки является мотонейрон кошки. Эта клетка имеет относительно большие размеры и поэтому наиболее детально изучена. Мотонейрон имеет тело и дендриты, на которых расположены около 10000 синапсов, образованных окончаниями других нервных клеток. От тела МН отходит выходной отросток представляющий собой миелинизированное волокно. У его основания имеется особая структура — аксонный холмик; это часть МН, имеющая мембрану с наиболее низким порогом. Аксоны МН могут быть очень длинными, например, у кошки — сантиметров 25, а у слона или жирафа — и несколько метров. В конце аксон МН разделяется на веточки — терминали, которые оканчиваются на мышечных волокнах. Кроме того, еще внутри спинного мозга, где лежат МН, аксон отдает боковые веточки, которые идут к другим нервным клеткам.
Как работает обычная нервная клетка
Как же работает МН? Как он выполняет свою функцию — управление волокнами скелетной мышцы?
Тело нейрона работает как сумматор потенциалов. Постсинаптические потенциалы — возбуждающие и тормозные, вызванные сигналами других клеток в дендритах МН, передаются по ним как по пассивному кабелю к телу МН и складываются с потенциалами, возникающими прямо в теле. Как только сумма потенциалов станет больше порога мембраны аксонного холмика, в нем возникнет импульс. Этот импульс распространяется по аксону вплоть до его терминалей и через нервно-мышечные синапсы, выделяющие ацетилхолин, возбуждает мышечные волокна. Таким образом, импульс, возникший в МН, вызывает сокращение всех мышечных волокон, на которых оканчиваются веточки его аксона.
Итак, для типичного нейрона характерно наличие частей с разными свойствами и разными функциями, покрытых разной мембраной.
Тело нейрона работает как аналоговая машина, обеспечивая суммирование сигналов, приходящих к разным местам клетки и в разные моменты времени; аксонный холмик играет роль запального капсюля; аксон уносит командный сигнал к адресатам. Описанные нейроны могут вырабатывать и передавать достаточно сложные команды, например, для управления движениями. Конечно, такое управление осуществляет не одна клетка, а система взаимодействующих между собой нейронов.
Рассмотрим на нескольких примерах, как такие клеточные системы могут управлять некоторыми движениями.
Как бабочка складывает крылья
В 1984 г. на биологической олимпиаде школьников МГУ была предложена следующая задача: «Известно, что бабочка-крапивница предпочитает температуру 36 °С. Если на улице холодно и солнце не светит, бабочка сидит с закрытыми крыльями. Если холодно, но светит солнце, бабочка раскрывает крылья. Но как только температура достигает 36 °С, бабочка складывает крылья. Нарисуйте схему соединения нейронов, которая обеспечивала бы такое поведение бабочки». Задача была дана в 10-м классе и оказалась «убойной». Никто из школьников не получил за нее «отлично», так как ни одной работоспособной схемы предложено не было, а многие школьники вообще не могли понять, что от них требуется.
Эта задача, как очень многие задачи по биологии, не имеет однозначного ответа. Можно придумать много схем, удовлетворяющих ее условиям. ............
