Книга: Я познаю мир. Биология

Обзаводимся связями

Обзаводимся связями

В мозговом зачатке эмбрионов любых животных нервные клетки (нейроны) еще не имеют отростков. Они развиваются позже и, что самое интересное, добираются именно до тех нейронов, с которыми обязаны обмениваться информацией. В сравнении с размером тела нервной клетки длина ее отростков кажется огромной, ведь им часто приходится тянуться через весь мозг или через всё тело животного. Как «узнает» растущий отросток, в какую сторону ему следует пробираться? Как он находит ту нервную клетку, с которой ему полагается образовать связь?

У лягушки можно перерезать зрительные нервы, передающие информацию от глаз в соответствующие отделы мозга. Подопытная лягушка, естественно, ослепнет, но инвалидом она будет недолго. Вскоре зрительные нервы регенерируют, и зрение восстановится полностью. Лягушка снова будет хорошо разбираться в обстановке, «узнавать» по внешнему виду врагов и дичь и даже сумеет отличить ядовитых животных от пригодных в пищу. Полное восстановление зрения возможно потому, что все 500 тысяч волокон зрительного нерва, идущих от каждого глаза, находят «свои» нервные клетки, которым они обязаны передавать информацию, и устанавливают с ними прежние деловые контакты.

image target="_blank" rel="nofollow" href="#image60.png"

Строение нейрона: 1 – тело клетки: 2 – ядро; 3 – длинный отросток (аксон); 4 – короткие отростки (дендриты); 5 – синапсы (контакты с соседними клетками)

Подсмотреть, как нервные волокна прокладывают в мозгу путь, помогли насекомые. Рост отростков нервных клеток изучали в мозгу саранчи и плодовой мушки – дрозофилы. Их центральная нервная система состоит из головного мозга – главного нервного ганглия, в котором содержится около 50 тысяч нейронов, – и тянущейся от него цепочки соединенных между собой более просто устроенных нервных ганглиев. У саранчи ганглии цепочки содержат по 1000 нейронов каждый. Их устройство очень удобно для изучения. Тела нейронов находятся на нижней поверхности ганглия, а в середине и сверху он сплошь состоит из нервных волокон, отростков нервных клеток, находящихся в данном ганглии или в других участках нервной системы насекомого.

Сильные микроскопы позволили рассмотреть детали роста нервных волокон. Сначала из тела нервной клетки начинает выпячиваться отросток, чуть–чуть утолщенный на переднем конце. Его называют конусом роста. Он, как корешками, покрыт тонюсенькими, но очень длинными выростами, которые быстро развиваются, вытягиваются и глубоко проникают в окружающую ткань. Эти выросты и являются проводниками для растущего волокна. Они тянутся ко всем ближайшим клеткам, их отросткам, даже к выростам, этих отростков и прикрепляются к ним.

image target="_blank" rel="nofollow" href="#image61.png"

Центральная нервная система насекомого: 1 – протоцеребрум; 2 – дейтоцеребрум; 3 – тритоцеребрум; 4 – нерв ноги; 5 – сегментарные нервы брюшка; 6 – анус; 7 – непарный нерв симпатической системы; 8 – брюшной ганглий; 9 – ганглий среднегруди; 10 – крыло; 11 – нерв крыла; 12 – ганглий переднегруди; 13 – подглоточный ганглий; 14 – тритоцеребральная комиссура; 15 – усик; 16 – глаз; 17 – оптическая область мозга; 18 – глазок

Обычно соединения с соседними клетками бывают непрочными, и когда через некоторое время вырост, как сильно растянутая пружина, начинает сокращаться, то легко от них отцепляется. Только когда вырост наткнется на нужный ему нейрон или его волокно, он вбуравливается в его оболочку и так прочно закрепляется, что отцепиться уже не может. Теперь, сокращаясь, он подтягивает конус роста к облюбованной клетке. В общем, выросты для нервного волокна играют такую же роль, как поводок для воспитанной собаки: куда он ее потянет, туда она и бежит. Когда развитие нейрона закончится, выросты атрофируются.

Как же «узнает» вырост ту клетку, к которой ему необходимо прочно прикрепиться? Оказывается, обследуя соседние клетки, вырост ищет на их теле белковые молекулы–метки. Они и помогают выросту закрепляться на клеточной оболочке. Опознают метку специальные молекулы, имеющие к ней сродство. Они находятся в оболочке кончика выроста. Интересно, что нервные клетки мозга даже таких мелких созданий, как мушки–дрозофилы, используют сотни, а может быть, и тысячи типов молекул–меток и такое же количество опознающих их белков.

Наличие этих молекул для каждой нервной клетки может быть временным явлением. Дотянулся конус роста какого–то нейрона до определенного участка мозга, и сразу значение приведших его сюда молекул–меток и опознающих белков утрачивается. Теперь на конусе роста появляются новые выросты, снабженные совершенно другими опознающими элементами, которые будут искать дорогу дальше, ориентируясь с помощью молекул–меток нового типа.

Механизм поиска растущего нейрона работает безукоризненно. Вот несколько зарисовок из истории развития нервной системы саранчи. У крохотного эмбриона имеются зачатки 17 нервных ганглиев. Большинство из них содержит по 30 зачаточных клеток. Они многократно делятся, и каждая дает начало целому семейству из 6–100 нейронов. В результате формируется ганглий, содержащий положенную тысячу нервных клеток. К восьмому дню жизни эмбриона около 100 его нейронов успевают вырастить свои отростки, которые объединяются в 25 пучков, образующих прямоугольную структуру, напоминающую лестницу.

image target="_blank" rel="nofollow" href="#image62.png"

Схема поиска нейроном нужной клетки

Ученые сумели проследить, как в этом, уже достаточно сложном ганглии растущий отросток нервной клетки, взятой под наблюдение, находит предназначенный ему путь. Оказалось, что его выросты обследуют практически все нервные волокна, пока не найдут нужный им пучок из четырех аксонов, Представляете, какая точность: выбор из 25 возможных вариантов! Но на этом дело не кончается. Выросты аксона изучаемой нервной клетки интересуются не всеми четырьмя волокнами обнаруженного пучка, а только двумя из них. Они растут рядом, тянутся в том же направлении и обвиваются вокруг этих волокон, пока не окажутся в том районе, где им положено находиться.