Последний этап непрерывного и нелинейного блочного усложнения структуры биологических организмов связан с формированием и развитием нейронных популяций и нервных систем.
Предположение о том, что сложные функции мозга реализуются не отдельными нейронами, а их системами – популяциями, сетью, возникло ближе к середине ХХ столетия. Так, в 1949 г. канадский физиолог и нейропсихолог Дональд Хебб определил нейронный ансамбль как гипотетическое объединение нейронов, формирую-щееся в процессе обучения и выполняющее определенную функ-цию . Экспериментальные доказательства существования таких систем функционально объединенных нейронов, а также общие принципы их организации, были представлены позднее в исследо-ваниях американского нейролога Вернона Бенджамина Маунткаст-ла. В 60¬-х годах ХХ столетия канадский нейрофизиолог, лауреат Нобелевский премии Дэвид Хантер Хьюбел и шведский нейрофи-зиолог и нейробиолог, лауреат Нобелевский премии Торстен Ви-зель сформулировали модульный принцип организации нейронов коры больших полушарий, показав существование «колонок» – объединения нейронов в группы со сходными функциональными свойствами .
Непрерывное и нелинейное усложнение нейронных популяций наглядно просматривается в существующих до настоящего времени типах нервных систем. Нервная система – это целостная морфологическая и функциональная совокупность различных взаи-мосвязанных нервных структур, которая совместно с эндокринной системой обеспечивает взаимосвязанную регуляцию деятельности всех систем организма и реакцию на изменение условий внутренней и внешней среды. Нервная система действует как интегративная система, связывая в одно целое чувствительность, двигательную активность и работу других регуляторных систем (эндокринной и иммунной).
Нервная система состоит из нейронов (нервных клеток) и нейроглии (нейроглиальных клеток). Нейроны – это основные структурные и функциональные элементы как в центральной, так и периферической нервной системе, специализирующиеся на генерации и передаче электрических импульсов (потенциалов действия). Клетки нейроглии выполняют вспомогательные функции в нервной системе, обеспечивая опорную, трофическую, секреторную, разграничительную и защитную функции.
На существующих систематических группах животных можно проследить основные этапы усложнения нервной системы в масштабах Земли:
а) Диффузная нервная система – представлена у кишечнополост-ных многоклеточных беспозвоночных животных. Нервные клетки образуют диффузное нервное сплетение в эктодерме по всему телу животного, и при сильном раздражении одной части сплетения возникает генерализованный ответ – реагирует все тело.
б) Стволовая нервная система (ортогон) – некоторые нервные клетки собираются в нервные стволы, наряду с которыми сохраняется и диффузное подкожное сплетение. Такой тип нервной системы представлен у плоских червей и нематод (у последних диффузное сплетение сильно редуцировано), а также многих других групп первичноротых – например, гастротрих и головохоботных.
в) Узловая нервная система, или сложная ганглионарная систе-ма – представлена у кольчатых червей, членистоногих, моллюсков и других групп беспозвоночных. Большая часть клеток центральной нервной системы собраны в нервные узлы – ганглии. У многих животных клетки специализированы и обслуживают отдельные органы. У некоторых моллюсков (например, головоногих) и членистоногих возникает сложное объединение специализированных ганглиев с развитыми связями между ними – единый головной мозг или головогрудная нервная масса (у пау-ков). У насекомых особенно сложное строение имеют некоторые отделы протоцеребрума («грибовидные тела»).
г) Трубчатая нервная система (нервная трубка) наблюдается у хордовых – животных, для которых характерно наличие внутреннего осевого скелета в виде хорды, который у высших форм заменяется позвоночником. По строению и функции нервной системы тип хордовых занимает высшее место среди всех животных.
На наш взгляд, вышеперечисленные основные этапы непрерыв-ного и нелинейного блочного усложнения структуры живой материи проходят на любом другом космическом объекте с соответствующими физико¬-химическими условиями.
II. Непрерывное и нелинейное усложнение типов взаимодействий (или усложнение функций) в системе живой материи.
Рассматривая выше усложнение структуры живой материи, мы, безусловно, частично рассмотрели и усложнение типов взаимодей-ствия. Материя – это единство структуры и полевой среды, поэтому сложно разделять эти взаимообуславливающие и взаимозависимые процессы.
О типах взаимодействия и этапах их усложнения писал В. Вер-надский (биогеохимические функции жизни) , В. Левченко , А Лапо , А. Яблоков и многие другие.
Согласно современных представлений, любая структура живой материи, независимо от степени её внутреннего совершенства обладает функциями, которые нехарактерны для косной материи. Их называют функциями жизни. В различных первоисточниках эти функции, как правило, сводятся к следующему перечню:
1) Единство химического состава;
2) Обмен веществ;
3) Самовоспроизведение (репродукция);
4) Наследственность;
5) Изменчивость;
6) Рост и развитие;
7) Раздражимость;
8) Дискретность;
9) Ритмичность;
10) Относительная энергозависимость;
11) Гомеостаз.
Вышеперечисленные функции жизни частично коррелируют с функциями двенадцати основных систем, совокупность которых образует наиболее сложные на Земле организмы – млекопитающих. Каждая из двенадцати систем прошла длительный путь развития и коэволюции. В организме млекопитающих они существуют, дополняя друг друга. Перечислим их:
1) Центральная нервная система, которая осуществляет в орга-низме простые и сложные высокодифференцированные отража-тельные реакции (рефлексы). Она регулирует деятельность отдель-ных органов и систем высокоразвитого организма, осуществляет связь и взаимодействие между ними, обеспечивает единство орга-низма и целостность его деятельности, а также регулирует связь и взаимоотношения организма как единого целого с окружающей средой.
2) Система органов дыхания, которая обеспечивает поступление кислорода и выведение углекислого газа из организма. Служит для газообмена организма с окружающей средой.
3) Система органов кровообращения, которая обеспечивает обмен веществ между всеми тканями организма и внешней средой. С кровью переносятся также гормоны, контролирующие множество жизненно важных процессов. Кровь регулирует температуру тела и защищает организм от повреждений и инфекций в любой его части.
4) Система органов кроветворения отвечает в организме за функцию обеспечения постоянного состава крови. Кроветворная система включает: костный мозг, селезенку, лимфатические желе-зы.
5) Система органов пищеварения обеспечивает организм необходимой энергией и строительным материалом для восстановления и обновления клеток и тканей, постоянно разрушающихся в процессе жизнедеятельности.
6) Система органов выделения и кожа. В результате диссимиля-ции в тканях и клетках биологических организмов образуются раз-личные продукты распада органических веществ (двуокись углеро-да, мочевина, соли фосфорной кислоты и др.). Накопление в орга-низме этих веществ вызывает его отравление (токсикацию), поэтому они должны постоянно удаляться из тканей тела. Двуокись углерода выводится при дыхании через альвеолы легких. Другие продукты диссимиляции, растворимые в воде, выносятся из тканей током крови и удаляются из тела через специальные органы выделения (небольшая часть их выделяется с потом через кожу). Одновременно органы выделения выводят из биологического организма излишки воды. Излишки воды и растворенные в них продукты распада клеток выделяются в виде мочи.
7) Репродуктивная и половая система – это комплекс органов и систем, которые участвуют в производстве половых продуктов, обеспечивают процесс оплодотворения, способствуют воспроизвод-ству биологических организмов.
8) Эндокринная система выполняет следующие функции: а) Ко-ординирует работу всех органов и систем организма; б) Участвует в химических реакциях, происходящих в организме; в) Отвечает за стабильность всех процессов жизнедеятельности организма в усло-виях изменения внешней среды; г) Совместно с иммунной и нервной системами регулирует рост и развитие организма; д) Участвует в регулировании функционирования репродуктивной системы и его половую дифференциацию; е) Является одним из генераторов энергии в организме; ж) Участвует в образовании эмоциональных реакций и в поведении организма.
9) Функции костно¬мышечной системы: а) Обеспечение движения; б) Каркас для мышц, сосудов, нервов; в) Защитные полости для жизненно важных органов: череп, кости таза, позвоночник.
10) Лимфатическая система обеспечивает вывод ядов из организма, особенно бактериальных и грибково¬паразитарных ядов простейших. Практически от этой системы зависит иммунитет биологического организма.
11) Иммунная система обеспечивает комплексную реакцию организма, направленную на защиту его от внедрения чужеродного материала: бактерий и их токсинов, вирусов, паразитов, донорских тканей, изменённых собственных клеток (например, раковых) и т.д.
12) Периферическая нервная система. Её основная функция за-ключается в обеспечении связи центральной нервной системы с внешней средой и органами¬мишенями.
Именно эти двенадцать систем и типов взаимодействий, наряду с другими, обеспечивают целостность и непрерывное усложнение биологических организмов в изменяющихся условиях внешней среды.
III. Непрерывное и нелинейное усложнение сред существова-ния живой материи.
Развитие живой материи Земли, связано также с непрерывным и нелинейным усложнением сред существования. Начиная от восста-новительного состава первичной атмосферы до современных абио-тических, биотических и антропогенных характеристик экосистем, мы видим усложнение физико-¬химико-¬биологических показателей внешней среды. Обзоры эволюции сред существования живой материи изложены в работах Георгия Витольдовича Войткевича , Эрика Михайловича Галимова , Кирилла Юрьевича Еськова и др.
Усложнение среды существования структур живой материи свя-занно с четко просматривающейся фенотипической направленно-стью биологической эволюции. Еще в начале ХХ столетия, датский биолог, специалист по генетике растений Вильгельм Людвиг Иогансен, одним из первых ученых обратил внимание на то, что каждый организм, с одной стороны, является продуктом среды, в которой он обитает, с другой стороны, генов, которые он содержит . На этой основе В. Иогансен стал различать фенотип – организм, который мы видим в конкретной среде, и генотип – совокупность генов, составляющих его основу. При этом, как мы уже отмечали, в многоклеточных организмах генотип, в большинстве своем, остается неизменным, а вот фенотип, за счет геноврегуляторов находится в постоянной зависимости от условий внешней среды.
Рассматривая факторы и причины эволюции, мы уже отмечали, что каждая среда, как «материнская»
