Продолжительность жизни у различных видов млекопитающих. Величина головного мозга и продолжительность жизни

Видео: Бактерии в жизни человека

Величина головного мозга и продолжительность жизни

Таким образом, величина головного мозга оценивается как поверхностная функция массы тела, т. е. как корень кубический из массы тела в квадрате.

Уже обращалось внимание на то, что относительная величина массы головного мозга находится в зависимости не от поверхности тела, а от особенностей осуществления двигательной активности в среде — более ограниченной у стенобионтных и значительно выраженной у эврибионтных млекопитающих (Аршавский, 1967, 19716, 1977).

Так, при одних и тех же весовых и линейных размерах у кроликов относительная масса мозга колеблется в пределах 0.3—0.4, у зайцев-беляков — 0.7—0.8, у зайцев-русаков достигает 1.

У крыс относительная масса мозга равна 0.5—0.7, у белок — 1.8—2, у представителей крупного рогатого скота — 0.08, у лошадей — 0.16—0.2, у свиньи домашней — 0.17, у кабана дикого — 0.27 (Quiring, 1950- Никитенко и др., 1970).

Существенны различия в относительных (и тем самым в абсолютных) величинах мозжечка у близкородственных видов стено- и эврибионтных млекопитающих одинаковых весовых и линейных размеров. Так, относительная масса мозжечка у крыс равна 0.008—0.009, у белок — 0.35—0.4. Такие же выраженные различия представлены и у других близкородственных видов млекопитающих одинаковых весовых и линейных размеров в зависимости от степени выраженности их двигательной активности в среде.

В вышеупомянутых работах Аршавского и сотр. обнаружено, что у крыс и кроликов, развивающихся в условиях действия соответствующих оптимальных скелетно-мышечных нагрузок, увеличиваются относительные (и абсолютные) величины массы головного мозга и мозжечка (на 0.2— 0.4 и на 0.03—0.04 соответственно). При этом у подопытных животных продолжительность жизни (ПЖ) была на 3—6 мес больше, чем у контрольных.

Существенный интерес представляют изменения относительной массы головного мозга у крыс, развивающихся с одномесячного возраста в условиях ограниченного калоража. Так, у последних (в возрасте 14—19 мес) относительная масса головного мозга равна 1.62, у контрольных по массе тела — 1.2, у контрольных по возрасту 0.78. Выше указывалось, что увеличение ПЖ у крыс, развивающихся в условиях ограниченного калоража по Маккею, может быть объяснено лишь в свете энергетического правила скелетных мышц (ЭПСМ).

В упомянутых сериях исследований на стенобионтных млекопитающих (крысах и кроликах), развивавшихся в условиях действия скелетно-мышечных нагрузок, обнаруженное увеличение абсолютной и относительной масс мозга у подопытных по сравнению с таковыми у контрольных, естественно, не может быть достигнуто и объяснено за счет увеличения числа длинноаксонных нейронов — эфферентных и афферентных.

Данные сравнительных исследований позволяют предполагать, что указанное изменение массы мозга достигается не только за счет дендритического аппарата, но и за счет постепенного созревания и увеличения числа вставочных нейронов, посредством которых не только увеличивается осуществление разнообразных полисинаптических рефлексов, но и возникает возможность реализовывать разнообразные формы координационного (реципрокного) торможения.

Увеличение числа интернейронов в процессе постнатального онтогенеза показано не только морфологическими (Резников, 1966- Aghajanian, Bloom, 1967- Altman, 1968), но и электрофизиологическими (Аршавский, 1967) исследованиями.

При этом было обнаружено, что в то время как пресинаптическое торможение, представленное уже в антенатальном периоде (Максимова, 1971), лежит в основе реализации 1-й формы избыточного анаболизма, постсинаптическое торможение, возникающее после реализации антигравитационных реакций, лежит в основе реализации 2-й формы избыточного анаболизма.

Сравнительное изучение константы параболического роста головного мозга у крыс, кроликов и собак позволило обнаружить, что значительно выраженное увеличение скорости роста его имеет место после реализации позы стояния, когда животные начинают овладевать локомоторными актами в среде.



После реализации позы стояния, в зависимости от дальнейших особенностей развития скелетной мускулатуры, увеличивается абсолютная масса головного мозга, и, тем самым, соответственно увеличивается объем рецепируемой и перерабатываемой информации.

Простые формы сравнительных этологических наблюдений позволили обнаружить «интеллектуальное» преимущество исследованных подопытных животных по сравнению с контрольными. Принятый критерий для характеристики эволюции высшей нервной деятельности в онтогенезе и в филогенезе по числу сочетаний, требующихся для образования условных рефлексов, не может дать правильных представлений о действительном становлении и преобразовании деятельности головного мозга. Соответствующим критерием может служить лишь объем рецепируемой и перерабатываемой информации, определяемый абсолютной величиной массы головного мозга.

Всегда ли подтверждается приведенная корреляция между массой головного мозга и продолжительностью жизни?

Приведем пример, относящийся к мышам — обычной полевой (масса тела 20 г) и летучей (20 г). Масса мозга у них почти одна и та же — 400 мг. Однако ПЖ у обычной мыши 2—2.5 года, а у летучей 20—25 лет. Херрейд (Herreid, 1964) отмечает, что у тропических летучих мышей, у которых нет зимней спячки, ПЖ такая же, как и у летучих мышей, впадающих в зимнюю спячку.

В исследованиях Константинова (1977) установлено, что несмотря на одну и ту же массу мозга, структура подкорковых центров у них — слуховых и зрительных — резко различается. Плотность клеточных элементов во всех ядрах, в основном слуховых, у летучих мышей значительно выше, чем у полевых, что и позволяет им получать гораздо больший объем информации из среды.



Выраженные различия в структурной организации, несмотря на однозначную массу, по-видимому, и в приведенном примере сохраняет значение цефализации в качестве фактора, так или иначе детерминирующего продолжительность жизни. Одни и другие мыши характеризуются резко выраженными различиями по интенсивности энергетических затрат: у полевой мыши — 345 ккал*кг-1*ч-1, у летучей — 12.9 ккал*кг-1*ч-1 (Слоним, 1952).

Негэнтропийный принцип информации

В 1954 г. Бриллоуин (Brillouin, 1954) сформулировал негэнтропийный принцип информации. Понять негэнтропийное значение информации можно, лишь преломив ее через аспект энергетики. В этом смысле существенна роль ЭПСМ. Чем выше рабочие возможности организма в среде, тем соответственно больше масса или структурная организация головного мозга и тем самым больше объем рецепируемой и перерабатываемой информации.

На при мере этого положения можно видеть, как меняется ПЖ в системе приматов от представителей семейства тупайи, отряда насекомоядных, т. е. организмов, близкородственных представителям семейства мышиных, отряда грызунов, через представителей подотряда полуобезьян и представителей подотряда обезьян вплоть до человека в связи с преобразованием деятельности скелетной мускулатуры в пределах указываемой эволюционной цепочки.

Как меняется корреляция в системе этой эволюционной цепочки — от тупайи до человека между продолжительность жизни, длительностью беременности и длительностью периода развития от рождения до наступления половой зрелости?

Ниже приводятся данные по материалам книг Цукермана (Zuckermann, 1933), Нестурха (1962), Напира и Напир (Napier, Napier, 1967).

У представителей семейства тупайи, близких по массе тела к крысам, ПЖ равна 3—4 годам (зарегистрирована рекордная ПЖ — 5.5 лет), длительность беременности — 41—50 дням, половая зрелость наступает в 6 мес. Напомним, что у крыс ПЖ равна 2.5—3 годам, длительность беременности — 21 дню, половая зрелость наступает в 4 мес.

У представителей семейства игрунковых, а именно у карликового игрунка, масса тела которого близка к таковой у тупайи, продолжительность жизни — 8—10 лет, длительность беременности — 133—140 дней, половая зрелость наступает после 1 года. У представителей рода лори подотряда полуобезьян продолжительность жизни — 7—8 лет, длительность беременности — 160 дней, половая зрелость наступает в 1.5 года.

В системе этого же подотряда полуобезьян лемуры (масса тела — 2 кг) имеют ПЖ, достигающую у отдельных видов до 20 лет, длительность беременности — 120—135 дней, наступление половой зрелости — в 14—18 мес. Представители рода макаки и рода павиана подотряда обезьян достигают массы тела во взрослом состоянии: первые — 10—12 кг, вторые — 20 кг, продолжительность жизни как у одних, так и у других достигает 25 и даже 30 лет, длительность беременности — 150—160 дней, наступление половой зрелости — в 2.5—3 года.

Человекообразные обезьяны — гиббоны, шимпанзе, орангутаны и гориллы, хотя и отличаются по весовым характеристикам, 5—7, 45, 180 (у самок — 80), 250—300 кг, однако ПЖ у них достигает 35, 40 и даже 50 лет. Соответственно у них увеличивается длительность беременности и отодвигается время наступления половой зрелости.

За время эволюции от тупайи до человека масса мозга увеличивается от 2—2.5 до 1500—2000 г, т. е. в среднем в 800 раз. На примере приведенной эволюционной цепочки можно видеть, что увеличение размеров тела от тупайи (300— 400 г) до гориллы (250—300 кг) осуществлялось за счет индукции избыточности 1-й формы анаболизма. Дальнейшая эволюция от человекообразных обезьян до человека шла не по линии увеличения размеров тела, а массы мозга.

Выше было указано, что, согласно Рубнеру, представители всех видов млекопитающих характеризуются одной и той же величиной энергетического фонда, которая в среднем равна 190 000 ккал. Приведенные в настоящей главе материалы позволяют полагать, что если организмы и могут затратить лишь определенное количество калорий на протяжении жизни, то количество это, по-видимому, должно быть неодинаковым у стенобионтных и эврибионтных видов млекопитающих.

Согласно исследованиям Рубнера, энергетический фонд для человека составляет 725 800 ккал. Почему человек составляет столь разительное исключение? Ответ на этот вопрос до сего времени не дан. В своих исследованиях Рубнер обратил внимание на то, что из указанных количеств энергии человек во взрослом состоянии на возобновление массы (в связи с деятельностью), т. е. на анаболические процессы, затрачивает всего лишь около 5%, в то время как исследованные им другие млекопитающие затрачивают на восстановительные процессы — 35%.

Исключение, обнаруженное Рубнером по отношению к человеку, которое никак не может быть понято в свете ЭПП, объясняется данными энергетического правила скелетных мышц. При этом имеется в виду тот аспект этого правила, на который впервые обратил внимание Ф. Энгельс в своей знаменитой работе «Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека».

Именно труд — физический и интеллектуальный, начиная с австралопитека, явился фактором индукции избыточности, теперь уже не 1-й, а 2-й формы анаболизма, т. е. дальнейшего увеличения свободной энергии и тем самым возможности увеличения внешней работы (в смысле Бауэра) в объеме, не имевшем прецедента до этого.

Так как 2-я форма избыточного анаболизма требует малых энергетических затрат, естественно понять, почему из всего так называемого энергетического фонда у человека на долю анаболических процессов приходится всего лишь 5%. В свете ЭПСМ естественно понять и исключение, какое представляет человек, «энергетический фонд» которого в 4 раза превышает таковой у остальных видов в системе класса млекопитающих.

Цель и биологический смысл индивидуального развития у животных заключаются в достижении половозрелого периода и в осуществлении им видовой миссии, т. е. детородной функции. Эта цель, естественно, сохранилась и у человека.

Однако наряду с ней у человека возникла еще и другая, биолого-социальная, но специфическая для него видовая миссия — творческая трудовая деятельность. Она продолжается и после завершения детородного периода. Указываемая творческая трудовая деятельность и явилась тем дополнительным негэнтропийным фактором, который в системе класса млекопитающих именно у человека обусловил наиболее высокую продолжительность жизни.