Откуда все пошло

Из шести основных органов чувств наиболее важны три. Потеря вкуса, а тем более обоняния проходят для нас почти незаметно. Даже с потерей осязания можно было как-то мириться, но потеря зрения, слуха или чувства равновесия делает человека тяжелым инвалидом. Для нас это самые главные системы восприятия внешнего мира. Они не совсем совпадают с главными анализаторными системами животных. Многие представители животного царства обладают весьма слабым зрением или совсем лишены удовольствия видеть окружающий мир. Некоторые не воспринимают звуки или слышат очень плохо и прекрасно без этого обходятся.

Зато орган равновесия - очень важная анализаторная система. Она есть почти у всех многоклеточных животных. Даже у одноклеточных зоологи нашли какие-то образования, отдаленно напоминающие орган равновесия более высокоразвитых животных. Таким устройством снабжены паразитические инфузории. У них есть особая вакуоль - небольшой, поверхностно расположенный пузырек с какими-то кристаллическими включениями, - очень напоминающая статоцисты (орган равновесия) многоклеточных. Если впоследствии подтвердится, что она действительно выполняет эту функцию, ничего удивительного не будет. Ведь на планете немало мест, погруженных в непроглядный мрак ночи, можно найти уголки, куда не проникает ни один звук, но земное притяжение действует везде, от него скрыться некуда.

Можно предполагать, что жизнь возникла не без участия света. Во всяком случае, светочувствительность, которой, вероятно, уже обладало первичное живое вещество, очень быстро привела к возникновению специальных органов зрения. Свет воспринимают даже современные одноклеточные животные - жгутиконосцы. У одноклеточных, особенно у перидинеи, среди которых многие способны светиться, глазки могут быть довольно крупными. Они представляют собой чашеобразной формы скопление красноватого жироподобного светочувствительного пигмента, расположенного в передней части перидинеи у основания жгутика. В углублении пигмента лежит прозрачное зерно крахмала, выполняющее светопреломляющую и фокусирующую функцию.

Из названных выше трех главных для человека органов чувств два являются более древними: зрение и равновесие. Еще одна интересная особенность роднит между собой эти в общем-то несхожие органы чувств. И орган зрения, и орган равновесия, хотя создавались и совершенствовались не один десяток лет и, конечно, претерпели за это время очень большие изменения, все же по своему устройству и особенностям работы различаются меньше, чем устройство слухового анализатора и особенности восприятия звука у различных животных. Такое отличие объясняется тем, что зрение и равновесие формировались под влиянием единого, постоянно действующего фактора космического масштаба: равновесие под действием земного притяжения, зрение под воздействием солнца. А единого, равноценного источника звука на Земле нет и раньше тоже не существовало.

Когда на планете зарождалась жизнь, здесь было удивительно тихо, а такие звуки, как раскаты грома или грохот волн, разбивающихся о пустынные мрачные скалы первобытных морей, большинство животных не интересовали. Только когда сами животные достигли достаточно высокого уровня развития, научились активно передвигаться, начали странствовать по белу свету и пожирать друг друга, на Земле появился слабый шумок. Это возникли звуки биологического происхождения, создаваемые самими животными. Они-то и породили слуховой анализатор, а вслед за ним и звуковую сигнализацию, получившую затем очень широкое распространение.

Множество самых разнообразных источников звуков потребовало создания такого же разнообразия воспринимающих приборов, от очень широкого диапазона до способных улавливать лишь очень узкую полосу звуков.

Некоторые летучие мыши, хотя и слышат лучше всего очень высокие звуки, доходящие до 300 килогерц, могут улавливать и самые низкие. Их орган слуха охватывает 15 октав. Ночным бабочкам, которыми питаются летучие мыши, такой колоссальный слуховой диапазон ни к чему. Их тимпанальный орган, расположенный в крыльях, способен улавливать только ультразвуковые импульсы летучих мышей. Такая ограниченная задача породила очень простое устройство. Тимпанальный орган состоит из мембраны, воздушных мешков и всего двух чувствительных нервных клеток. Их задача - воспринять звук, издаваемый летучей мышью, и дать команду на немедленное изменение направления полета.

Зрительному анализатору, развивавшемуся лишь под действием солнца, большой широты не потребовалось. Глаза самых разных животных способны воспринимать световой поток шириною не более трех октав. Таким образом, диапазон световосприятия в пять раз уже звукового.

На нашей планете почти нет существ, безразличных к свету. Даже одноклеточные животные, у которых нет глаз, и те прекрасно отличают свет от темноты. В основе светоощущения лежит свойство некоторых химических реакций ускоряться под действием света, и поэтому протоплазма, видимо, почти любых клеток многоклеточных животных может воспринять свет, так что участие глаз совершенно не обязательно.

Начало органу зрения дало появление специальных светочувствительных клеток, способных реагировать на более слабый свет, чем остальные клетки организма. Зладельцы специальных светочувствительных клеток сохранились на Земле до наших дней. Среди них хорошо известный дождевой червь. У него нет глаз, зато в коже масса светочувствительных клеток. С их помощью он легко улавливает незначительное изменение освещенности. Человеку это недоступно. Из таких вот разбросанных по всему телу светочувствительных клеточек и возникали в процессе эволюции глаза. Сначала это были просто пятнышки, скопления светочувствительных клеточек. Такие глаза хорошо различают свет от темноты, но еще не могут улавливать, откуда он идет.

Дальнейшая история глаз такова: светочувствительные клетки уходят под прозрачные покровы, обзаводятся экранами из пигментных клеток, которые делают невозможным освещение со всех сторон. Затем светочувствительные пятнышки превращаются в ямки или даже в пузырьки - первые настоящие глаза. Они могут улавливать только свет, идущий в определенном направлении, поэтому очень легко определяют направление падающих лучей. От этих примитивных зрительных приспособлений до глаз высших животных один шаг. Оставалось обзавестись светопреломляющими системами, аккомодационными устройствами, изменяющими степень преломления световых лучей, и, наконец, глазодвигательным аппаратом, который позволил глазам вести активный поиск зрительной информации.

Среди беспозвоночных у головоногих моллюсков наиболее совершенные глаза. Они ничем не уступают зрительному аппарату высших позвоночных. Другая ветвь беспозвоночных, членистоногие, которая достигла высокого уровня развития, почему-то не преуспела в совершенствовании своих глаз, но компенсировала это тем, что обзавелась большим количеством глазков (пирамидок с основанием, обращенным наружу и прикрытым хитиновым хрусталиком), объединив их в несколько сложно устроенных глаз, состоящих из сотен и даже тысяч пирамидок. Благодаря совместным усилиям отдельных обычно довольно близоруких глазков насекомые и ракообразные могут улавливать величину и форму предметов.

История глаз позвоночных началась иначе. В прибрежной зоне многих морей и океанов живут небольшие интересные животные - ланцетники, формой тела слегка напоминающие маленьких рыбок или лезвие скальпеля, точнее, ланцета, как раньше назывался этот хирургический инструмент (отсюда и ланцетник). У них видит сам мозг. Вдоль всей нервной трубки ланцетника разбросаны светочувствительные клеточки, а так как тело у него прозрачное, то животное прекрасно отличает свет от темноты. Большего ему для жизни и не нужно.

Видимо, предки позвоночных были похожи на ланцетников, и у них тоже видел мозг. Когда же их тело перестало быть прозрачным, комочкам нервных светочувствительных клеток пришлось покинуть мозг и вылезти наружу. С тех пор так поступают глаза всех позвоночных животных: на определенной стадии развития эмбриона два кусочка его мозга отделяются от остальной части и постепенно превращаются в глаза. Таким образом, наши глаза не что иное, как вылезший из орбит наружу мозг.

Дальнейшее развитие глаз позвоночных шло по уже проторенной дорожке: приобретение преломляющих систем, аккомодационных аппаратов, глазодвигательных мышц. Так, постепенно усложняясь, формировались наши глаза, способные разобраться в запутанном кружеве неразборчивого человеческого почерка и уловить тончайшие оттенки цвета. Одновременно с совершенствованием глаз усложнялся и мозг животных. Ведь глаз - это просто световоспринимающее устройство, вроде фотоаппарата, "видит" же только наш мозг. Это он складывает информацию, полученную от миллионов светочувствительных клеточек нашего глаза в замысловатые картины. Именно здесь, в мозгу, проявляются снимки, сделанные глазом.

Звуковой анализатор, или, попросту говоря, слух, в ходе эволюции животных возник относительно поздно. Поэтому было бы бесполезно искать его у низших беспозвоночных. У позвоночных орган слуха появляется начиная с рыб. У них от лабиринта, органа равновесия, отделяется небольшая часть, которая позже у высших животных станет улиткой с хорошо развитым кортиевым органом, самой важной частью слухового прибора.

Кортиев орган, по существу, является рецептором, способным следить за быстрыми, очень незначительными изменениями давления окружающей среды. Быстрые сжатия среды и последующие мгновенные падения давления, возникающие в рупоре нашего наружного уха, воздействуют на барабанную перепонку. Ее колебания через цепь слуховых косточек передаются на овальное окно и лабиринтную жидкость, доходя таким образом до кортиева органа, волокна которого испытывают острый резонанс, раздражая при этом соответствующие рецепторы слухового нерва.

Чувствительность слухового аппарата поистине удивительна. Человеческое ухо уже может воспринимать звук, создающий давление 0,0001 микробара (0,0001 миллиграмма на квадратный сантиметр), способное переместить мембрану улитки всего лишь на стомиллиардную часть сантиметра! Это расстояние в тысячу раз меньше диаметра самого крохотного атома - атома водорода!

Кстати, человек не является чемпионом в области слуха. Многие животные способны слышать гораздо более слабые звуки. Не следует считать это нашим недостатком. Человек - очень шумное существо, и ему, пожалуй, выгоднее слышать меньше, чем больше. Гораздо важнее, что он способен без особого вреда переносить довольно сильные звуки, возникающие при звуковом давлении до 2000 бар. У некоторых пород белых крыс и ряда других животных сильные звуки вызывают судорожные припадки и смерть.

Что было бы с человечеством, если бы наше ухо не смогло приспособиться к сильным звукам! Только в одном мы бы выиграли: для нас оказались бы невозможны кровопролитные войны, ведь солдаты с таким чувствительным слухом умирали бы не от пуль противника, а от звуков выстрела собственных винтовок, и до создания артиллерии дело бы просто не дошло.

Все же, хотя сильные звуки для нас не смертельны, длительное шумовое воздействие может привести к серьезным заболеваниям органов слуха и центральной нервной системы. Поэтому нужно всячески приветствовать борьбу за тишину в рабочих и жилых помещениях. В городах и поселках главными союзниками в этой борьбе могут стать зеленые насаждения. Раскидистые лапы кленов, курчавые кроны липок, густая зелень тополей удивительно легко гасят звуковые колебания.

Слух человека не только по остроте, но и по другим показателям отстает от слуха животных. Во-первых, мы слышим лишь очень узкую полосу звуковых колебаний. Звук не воспринимается как непрерывный, когда частота колебаний давления составляет 16-18 в секунду, и исчезает, когда колебания достигают частоты 20 тысяч в секунду. Ухо, неспособное уследить за такой быстрой сменой давлений, перестает информировать о его колебаниях, и нам кажется, что вокруг воцарилась полная тишина.

Слух человека не только по остроте, но и по другим показателям отстает от слуха животных

20 тысяч колебаний в секунду очень немного. Наши верные друзья - собаки способны улавливать 38 тысяч колебаний давления в секунду. Это тоже ничтожная цифра. Киты и дельфины могут следить за изменениями давления, совершающимися с частотой 100-125, а летучие мыши даже до 300 тысяч в секунду. Животные, ухо которых способно воспринимать такие ультравысокие звуки, могут и сами их воспроизводить, но мы, к сожалению, лишены удовольствия это слышать. Только поэтому появилась нелепая, с точки зрения современной науки, поговорка: нем как рыба. Если бы рыбы были способны так же придирчиво разбирать наши достоинства, у них неизбежно возникла бы поговорка: глух как человек. Впрочем, природа поступила очень разумно, лишив нас способности слышать очень высокие звуки. Кроме возможности слышать писк вылетевших на охоту летучих мышей или участвовать в задушевных рыбьих разговорах, мы ничего не потеряли. В нашей собственной речи мы легко обходимся звуковыми колебаниями, лежащими в диапазоне между 500 и 2000 колебаний в секунду.

Человек и высшие животные обладают бинауральным слухом, то есть, попросту говоря, пользуются двумя ушами. Это очень помогает в определении источника звука. Звуковые волны в воздушной среде, как известно, распространяются со скоростью 340 метров в секунду, поэтому звук в большинстве случаев не одновременно достигает правого и левого уха. Только когда мы повернемся лицом к звуку, он будет приходить к обоим ушам в одно и то же время. Человек способен замечать, что звук до одного из наших ушей дошел с опозданием всего лишь на 0,0001 секунды.

Вдумайтесь, какую ничтожную разницу во времени прихода звука может уловить мозг. У лисицы, которая гораздо точнее человека способна локализовать местоположение источника звука, расстояние между ушами около 10 сантиметров, то есть приход звука в одно ухо по отношению к другому может опаздывать самое большее на 0,0003 секунды. Обычно этот интервал значительно короче. Чтобы определить источник звука, лисица поворачивает голову до тех пор, пока звук не станет приходить в оба уха совершенно одновременно.

Животные вообще могут очень точно измерять и запоминать величину интервалов между приходом отдельных звуков. Собака легко отличает звучание метронома, производящего 100 ударов в минуту, от того же метронома, дающего только 98 ударов. Даже для изощренных ушей музыкантов-профессионалов звучание обоих метрономов совершенно одинаково.

По многим показателям слух человека значительно отстает от животных. В одном мы стоим на недосягаемой высоте. Никто из животных не способен анализировать поток быстро следующих друг за другом звуков. Необходимость такого анализа понятна: без него была бы невозможна наша речь.