Представьте себе рыбу, плывущую строго под прямым углом к направлению силы тяжести. Рыба плывет строго горизонтально, не отклоняясь ни на дюйм ни влево, ни вправо. Кусочек кальция находится на дне сферы, а стимуляция, которую он оказывает на какие-то определенные волосковые клетки, интерпретируется нервной системой как нормальное положение тела в пространстве. Если рыба меняет направление движения и начинает подниматься вверх, то сфера меняет свою ориентацию, и кусочек кальция под действием силы тяжести оказывается в другом месте сферы, которое теперь стало ее дном. При этом происходит стимуляция волосковых клеток, которые находятся позади тех клеток, которые стимулировались до этого. Если рыба начинает погружаться, то происходит стимуляция клеток, находящихся впереди от исходных. Кусочки кальция сдвигаются вправо (при повороте рыбы направо) и влево (при повороте налево). Если рыба перевернется вниз головой, то кусочек карбоната кальция начнет стимулировать волосковые клетки, расположенные под углом 180 градусов к клеткам, которые испытывали стимуляцию в «нормальном» положении.
Во всех этих случаях рыба имеет возможность автоматически выправить направление своего движения так, чтобы кусочек карбоната кальция вернулся в нормальное положение к расположенным внизу сферы волосковым клеткам. Мы уже поняли, что функция эллиптического мешочка - это поддержание нормального положения тела в пространстве. Для нас это означает стояние в вертикальном положении, поэтому мешочек вполне заслуживает свое название - статоцист («пузырек стояния», греч.). Кусочек карбоната кальция называется статолитом («камешком стояния», греч.).
Эта функция очень явно выглядит у ракообразных. Эти животные обладают статоцистами, которые представляют собой углубления в их теле, сообщающиеся с окружающей средой узкими каналами. Роль статолитов у ракообразных играют не кусочки эндогенного карбоната кальция, а песчинки, которые эти животные собирают на дне и закладывают в статоцисты. Когда ракообразные линяют, эти песчинки утрачиваются, и их приходится заменять новыми.
Один остроумный экспериментатор убрал из аквариума все песчинки и заменил их металлическими опилками. Креветки, с которыми работал ученый, простодушно и добросовестно заполнили свои статоцисты железными опилками. Когда над аквариумом поместили магнит, опилки поднялись вверх, подчиняясь не силе тяготения, а притяжению магнита. Реакция животных была молниеносной, они тотчас встали на голову, при этом расположенные внизу волосковые клетки теперь стимулировались расположенными вверху статолитами.
Поскольку статоцисты находятся во внутреннем ухе, их иногда принято не вполне корректно называть отоцистами («ушные пузырьки», греч.). Тяжелый материал, если он представлен массивными частицами, называется, соответственно, отолитами («ушными камнями», греч.), если же этот материал представлен мелкими частицами, то его называют отокониями («ушная пыль», греч.). Отокопии присутствуют в эллиптических мешочках наземных позвоночных. Вестибулярное чувство, осуществляемое в эллиптическом мешочке, чем-то похоже на проприоцептивную чувствительность. Однако если проприоцептивное чувство говорит нам о взаимном расположении частей тела, то вестибулярное чувство говорит о положении всего тела в пространстве по отношению к окружающей среде, особенно же в отношении направления силы тяжести.
Кошка, падая с большой высоты, всегда выправляет свое положение и падает па лапы, даже если ее сбросить с высоты лапами вверх. Кошка делает это автоматически, поднимая вверх голову, подчиняясь направлению, которое подсказывает ей положение отоконий. Это, в свою очередь, влечет за собой изменение положения всего тела, которое должно быть согласовано с новым положением головы. Поэтому кошка всегда приземляется на лапы. Но и мы не начисто лишены такой способности. Мы всегда можем сказать, стоим ли мы вертикально, вверх ногами или наклонившись в каком бы то ни было направлении, даже если мы закрыли глаза и если мы вообще находимся в воде. Пловец, нырнув, всегда выныривает на поверхность вверх головой, переворачиваясь в это положение, не размышляя и не осознавая своих действий.
Но эллиптический мешочек - это не единственная структура, отвечающая за вестибулярную чувствительность. С эллиптическим мешочком соединяются три полукруглые трубки, которые начинаются и заканчиваются в нем, образуя замкнутые структуры. Эти трубки так и называются - полукружные каналы. Каждый полукружный канал заполнен жидкостью и расположен в соответствующей по форме костной полости в височной кости. От костной ткани полукружные каналы отделены тонким слоем жидкости. Кратко остановимся на взаимном расположении полукружных каналов. Два канала расположены в вертикальной плоскости (если смотреть на них при вертикальном положении тела человека), но под прямым углом друг к другу, один канал направлен вперед и кнаружи, а другой - назад и наружу. Третий полукружный канал лежит в горизонтальной плоскости. В результате получается, что каждый канал расположен перпендикулярно к двум другим. Можно наглядно представить себе их взаимное расположение, если вообразить две стены комнаты и пол в одном углу. Представьте себе, что полукруг одного канала расположен в плоскости одной стены, полукруг второго канала - в плоскости второй стены, а полукруг третьего канала - в плоскости пола. Один конец каждого канала у входа в эллиптический мешочек образует расширение, называемое ампулой. В каждой ампуле находится небольшой возвышенный участок, который называется гребешком, в котором располагаются чувствительные волосковые клетки.
Полукружные каналы не реагируют на положение тела относительно направления силы тяжести; они реагируют на изменение положения тела в пространстве. Если вам надо повернуть голову вправо или влево, или наклонить ее вперед или вниз, или совершить все эти движения одновременно в любом сочетании, то жидкость в одном или всех полукружных каналах начинает двигаться, подчиняясь силе инерции. Таким образом, жидкость в полукружных каналах движется в направлении, противоположном направлению движения головы. (Если автомобиль, в котором вы едете, поворачивает направо, то вас прижимает к левому борту, и наоборот.) Мозг, получая импульсы от стимуляции различных волосковых клеток, возникающей в результате инерционного движения жидкости по полукружным каналам, анализируя порядок и степень стимуляции каждой волосковой клетки, может судить о природе и па-правлении движения головы1.
1 У миног, одних из самых примитивных позвоночных, только два полукружных канала. Их рыбообразные предки были обитателями морского дна, которые передвигались только в одной плоскости влево или вправо, вперед или назад, но никогда не двигались вверх или вниз. Иначе говоря, они жили в двумерном пространстве. У рыб развился третий канал для движений вверх и вниз, и у всех последующих, более развитых позвоночных, включая нас самих, естественно, существует трехмерный вестибулярный аппарат.
Таким образом, с помощью полукружных каналов мозг оценивает не движение как таковое, а степень изменения движения, то есть положительное или отрицательное ускорение, которое и заставляет жидкость в полукружных каналах двигаться по инерции. (Если автомобиль движется с постоянной скоростью, то вы чувствуете себя очень комфортно и спокойно сидите на сиденье. Но как только машина начинает ускоряться, то вас прижимает к спинке сиденья, а если она начинает резко тормозить, то вас бросает вперед). Это означает, что резкая остановка точно так же вызывает движение жидкости в полукружных каналах, как и начало движения. Это становится весьма заметным, если мы начнем быстро кружиться на одном месте, и будем кружиться достаточно долго для того, чтобы жидкость в полукружных каналах преодолела инерцию и начала двигаться вместе с каналами. Если же после этого мы внезапно остановимся, жидкость, подчиняясь силе инерции, продолжит движение, стимулируя при этом волосковые клетки. Мы интерпретируем это так, словно между нами и предметами обстановки продолжается относительное движение. Так как мы осознаем, что стоим на месте, единственный вывод, который мы можем сделать, это тот, что движутся окружающие предметы. Комната вертится, у нас кружится голова, и иногда нам остается только в изнеможении упасть и ждать, когда жидкость в полукружных каналах прекратит движение и мир вокруг нас перестанет кружиться.
Постоянная качка корабля также вызывает перемещение жидкости в полукружных каналах, стимулируя волосковые клетки, и те, кто не имеет привычки к морским путешествиям, часто страдают морской болезнью - состоянием крайне неприятным, хотя и не смертельным.
Глава 12
ГЛАЗА
СВЕТ
Земля буквально купается в солнечном свете, и нельзя придумать более важного единичного факта, чем этот. Излучение Солнца (важной, ноне единственной составной частью которого является видимый свет) поддерживает на поверхности земли температуру, которая делает возможной жизнь в том виде, в каком мы ее знаем. Энергия солнечного света на заре истории Земли, вероятно, создала условия для протекания химических реакций, которые закончились появлением первых живых существ. Можно без преувеличения сказать, что свет продолжает созидать жизнь и в наши дни. Солнце - тот неиссякаемый источник энергии, благодаря которому зеленые растения могут превращать двуокись углерода воздуха в углеводы и другие составные части тканей. Так как все животные на земле, включая и пас, людей, прямо или косвенно питаются зелеными растениями, то можно сказать, что и нашу жизнь поддерживает все тот же солнечный свет. Кроме того, все представители животного царства, а в особенности люди, научились воспринимать солнечный свет. Это восприятие настолько важно для интерпретации окружающей нас среды, что утрата зрения считается тяжелейшим увечьем, и даже нечеткость зрения расценивается как серьезный недостаток.