Нить Ариадны
В лабиринте
Пятилапые химеры вызвали в научных кругах волну споров. Никто не знал, откуда брались нервы, проникавшие в дополнительную конечность. От предположения, что увеличивается число нервных клеток спинного мозга, пришлось отказаться. Тщательные подсчеты показали, что количество двигательных волокон, посылаемых спинным мозгом, всегда одинаково. И в пересаженной лапе оно было поразительно близко к нормальному. Оставалось допустить единственную возможность — ветвление нервных волокон. У мексиканской амбистомы переднюю конечность иннервирует 900 волокон. Каждое из них должно дать веточку, чтобы пересаженная лапка получила свои 900 волокон.
До какого же предела способны куститься нервные волокна? Не очень густо. Связка из четырех конечностей, пересаженных вместе, не способна полноценно функционировать. Хорошую иннервацию могут получить максимум две дополнительные конечности, приживленные рядом.
Далеко не каждое нервное волокно, а следовательно, не всякая нервная клетка, его пославшая, способны обеспечить нормальную функцию нового органа. Необходимо, чтобы он получил нервы от тех же сегментов спинного мозга, которые обычно руководят работой таких органов. У лягушки в переднюю лапку попадают нервы от третьего, четвертого и пятого сегментов спинного мозга. Если дополнительная лапка подшита так, что до нее дотянется нерв хотя бы от одного сегмента, все будет в порядке.
Большие споры вызвал вопрос о том, каким образом мозг получает возможность управлять новой конечностью. Научный мир раскололся на два непримиримых лагеря. Одна половина ученых считала, что врастающие нервные волокна каким-то образом узнают мышцы, которыми им следует управлять, и уверенно прокладывают к ним дорогу. Другая половина — что нервные волокна врастают в конечность как попало, без всякого плана распределяясь по мышцам. Дальше мнения расходились. Первые считали, что мышцы каким-то образом вразумляют пришедшие к ним волокна и пославшую их клетку, как ей необходимо поступать, чтобы организовать координированные движения. Вторые — что каждая мышца получает полную копию всех двигательных приказов мозга и сама выбирает из них те, которые непосредственно ее касаются. Наконец, третьи полагали, что, как только нервное волокно доберется до мышцы и пославшая его клетка узнает, куда попал ее отросток, она тотчас начинает подбирать информацию, нужную данной мышце.
Правы оказались первые. Речь идет о выборе, но выбор взаимный. Мышца выбирает нерв, а нерв — мышцу. Когда в лишенную нерва мышцу вшивали концы «своего» и «чужого» нервов, она из «смеси» выбирала «свой». В контрольных опытах подводился только один чужак. Он отлично врастал в мышцу. Однако, если вслед за тем прорастал «свой» нерв, «чужак» изгонялся. Нерв тоже ведет себя активно. Мышцы животных делятся на быстрые и медленные. У новорожденных все медленные. Затем те из них, к которым подошли быстрые нервы, постепенно становятся быстрыми. Если в более позднем возрасте к быстрым мышцам подшить медленные нервные волокна, они станут медленными, и наоборот.
Нервные волокна всего лишь руки, провода нервной клетки. А как она? Универсальна ли? Может ли выполнять любую функцию? Скальпель хирурга иссекает плечевые сегменты спинного мозга (управляющие передними конечностями) и на их место пересаживает другие. Если пересаженные клетки раньше не руководили конечностями, то просто не берутся за это дело и мышцы остаются бездвижными. Нейроны, ранее управлявшие задними конечностями, заставят мышцы двигаться, но квалифицированно руководить передними лапами не смогут. Нервные клетки у взрослых животных не универсальны.
Подсаживая тритонам дополнительную конечность, ученые полагали, что новые нервы будут выбирать самый легкий путь, врастать вдоль отмерших нервных стволиков, как потоки воды от пронесшегося ливня заполняют русла высохших от жары ручьев. Эксперименты показали, что готовые русла врастающим нервам не нужны. Можно создать такие условия, когда у животного от рождения одна из конечностей не будет иметь нервов, а значит, и готовых русел. Врастая в такую лапу, нерв все равно проходит своим стандартным путем. Он не ищет легкой дороги и поэтому не всегда идет вдоль сосудов, где путь относительно свободен, а часто пробирается сквозь мышцу или хрящ. Создается впечатление, что нерв умеет находить вполне определенную дорогу. В незнакомой местности он правильного пути не сыщет. Если переднюю конечность пересадить на место задней, нерв, врастая в нее, заблудится. Здесь для него все незнакомо.
Как удается нервному волокну найти дорогу? Каждый сегмент спинного мозга, посылающий к мышцам нервные волокна, содержит у шпорцевой лягушки 5–6 тысяч нервных клеток. Кроме того, за 60 дней развития успевает появиться много новых клеток, сверх первоначального количества. Однако к моменту метаморфоза их остается немногим больше тысячи, так что в каждом сегменте гибнет до 10 тысяч нервных клеток, 9 на каждый оставшийся нейрон. Зачем организму такие непроизводительные расходы? Видимо, гибнут все нервные клетки, чьи отростки не сумели найти необходимой мышцы, а новые нейроны, возникая, посылают на поиски свои отростки до тех пор, пока мышцы не окажутся полностью иннервированными.
Так же ведут себя чувствительные нервы.
У лягушки осторожно вырезали кусочек кожи с левой стороны спины, стараясь не повредить идущие к нему чувствительные нервы, и пересаживали на правую. Когда рана зарубцовывалась, прикосновение к пересаженному кусочку вызывало реакцию, будто он все еще находился на своем законном месте. Если переменить чувствительные нервы передних лапок (правый пустить в левую лапку, а левый — в правую), то на щипок лягушка станет отдергивать лапу, до которой и не дотрагивались. Правильно реагировать она никогда уже больше не сможет.
Иначе ведут себя лягушки, когда, пересаживая кусочек кожи со спины на живот, полностью перерезают чувствительные нервы. Чуть только ранка подживет, прикосновение к пересаженному участку вызывает вполне правильную реакцию. Лягушонок тянется к тому месту, до которого дотрагивается экспериментатор. Однако через пару дней, если ущипнуть центр пересаженного лоскута, лягушонок начинает путаться. С каждым днем кожная зона, дающая неправильные реакции, увеличивается, пока не захватит весь лоскут. Теперь при прикосновении к кусочку кожи, пересаженному на брюхо, лягушонок трет себе спину.
Создавалось впечатление, что вросшие в пересаженный лоскуток чувствительные нервы постепенно разобрались, что им подсунули кусочек кожи со спины, и стали посылать свою информацию в соответствующие отделы нервной системы. А так как у лягушек не полагается, чтобы кожа спины находилась на животе, центральным аппаратам было невдомек, что к получаемой информации следует относиться осторожно.
Можно предложить и другое объяснение. Сначала в пересаженный лоскут врастали кожно-брюшные нервы, которыми полагалось иннервировать данный район. Коже, взятой со спины, ничего не оставалось, как принять чужеродные нервные веточки. Позже, когда спинные кожные нервы наконец «нашли» заблудший кусок кожи (путь со спины на живот немалый), чуждые нервы были отвергнуты и постепенно отмерли. Аналогичные результаты дают опыты со зрением. Глаз жабы можно повернуть на 90 или 180 градусов, не повредив зрительного нерва. Зрение как таковое при этом не нарушится. Животное сможет видеть все так же отчетливо, как до операции, только будет путать положение замеченных предметов. Повернутый глаз, увидев слева червяка, передает информацию нервным клеткам правого зрительного поля, и червяк будет воспринят справа. Пользоваться такими глазами невозможно. Ловить насекомых лягушка не способна и обречена на голодную смерть. Она никогда не выучится правильно видеть мир.
Как ни странно, перерезка зрительного нерва не делает жабу инвалидом. Как только завершится регенерация, зрительная функция восстановится. Лягушка правильно локализует в пространстве увиденные ею предметы, различает их форму и цвет. Каким же образом происходит такое полное восстановление? Можно сделать только один вывод: все врастающие в мозг 500 тысяч волокон зрительного нерва сумели добраться до зрительного центра и разыскать в одном из девяти его слоев те клетки, с которыми они были в контакте до перерезки нерва. Иначе лягушка осталась бы слепой.
Как находят нервные волокна те клетки, с которыми должны соединиться, неизвестно. Предполагают, что между ними существует химическое родство. Волокна умеют разыскать нужную клетку, даже когда врастают в мозг в совершенно ином, необычном месте. Восстановление бывает столь полным, что после операции сохраняются все условные рефлексы.
Химическое сродство как причина связей, возникающих между нервными клетками, признается большинством ученых. Но и эта теория не объясняет результаты многих экспериментов. Почему, например, волокна зрительного нерва от правого глаза врастают в левую половину мозга, а от левого — в правую? Неужели существует химическая асимметрия правой и левой половин головного мозга? К сожалению, вопросов, как и в других областях науки, пока неизмеримо больше, чем готовых ответов.
