Предыстория человеческого парадокса
Мы познакомились с удивительными асимметриями человеческого мозга. Их открытие вызвало среди врачей и биологов настоящую сенсацию, но не поколебало широко распространенного мнения, что Земля — царство симметрии. Даже в наши дни среди биологов широко бытует представление, что принципы биологической симметрии распространяются на все многообразие свойств живых организмов, а случаи асимметрии являются исключением из этого правила и, как все исключения, лишь подчеркивают его действенность.
Вернемся к началу нашего повествования и попробуем самостоятельно решить вопрос, является ли исключительным или закономерным явлением асимметрия в развитии живых организмов. Если при рассмотрении этого вопроса спуститься на молекулярный уровень организации живой материи, посмотреть, из каких кирпичиков строят живые организмы органы и клетки своего тела, какие вещества продуцируют сами, то мы окажемся в царстве асимметрии.
Многие органические вещества могут быть образованы молекулами-близнецами, похожими друг на друга, как любой предмет на свое отражение в зеркале, как правая и левая перчатки. Если бы симметрия была насущной потребностью живых организмов, они, очевидно, создавали бы любые вещества из равного числа обоих типов асимметричных молекул. Однако живая материя безапелляционно игнорирует эту возможность и использует для собственной жизнедеятельности только один их тип.
Молекулы, имеющие одинаковый химический состав, но отличающиеся по форме, называют изомерами. Растворы изомеров обладают способностью отклонять проходящие сквозь них световые лучи, поэтому их называют оптическими. Одни отклоняют световой луч влево и называются левыми, при прохождении сквозь растворы других изомеров луч света отклоняется вправо, и изомеры называются правыми.
Все вещества, участвующие в построении нашего тела, белки, углеводы и жиры, а также биологически активные вещества — ферменты, гормоны, витамины, медиаторы имеют асимметричное строение, и живые организмы используют лишь один определенный изомер. Молекулы белков построены из левых аминокислот, а все животные сахара состоят лишь из правых молекул.
Зеркальные изомеры гормонов, витаминов, ферментов теряют свою активность и становятся для организма бесполезными, а иногда даже и вредными. Например, при добавлении к пище l-фенилаланина развивается нарушение психики. Использование d-фенилаланина не оказывает на организм человека ощутимого воздействия. Со специфичностью биологических реакций на оптические изомеры связана эффективность действия некоторых антибиотиков на бактериальные клетки. Впрочем, известны микроорганизмы и даже более развитые живые существа, у которых ни один из изомеров не отбраковывается как ненужный, но предварительно направленно перестраивается. Только тогда он может быть использован по назначению.
Известно совсем немного случаев, когда оба изомера используются без переделок. Некоторые микроорганизмы вырабатывают одновременно право- и левовращающий аланин. Однако каждый изомер используется ими для строго определенных целей, и никакой путаницы в его применении не происходит.
Закон об асимметричности живой материи настолько незыблем, что позволил решить вопрос о происхождении внеземных аминокислот метеоритов. Из двух больших небесных камней, упавших на землю, удалось извлечь свыше 30 аминокислот. Каждая была представлена равным количеством обоих видов молекул. Следовательно, они возникли не биологическим путем. Впрочем, это доказательство не абсолютно. Оптически активные изомеры при длительном хранении могут менять свою конфигурацию и в конце концов окажутся в одинаковых количествах. Однако этот процесс требует очень много времени. Для свободных аминокислот из костей динозавров и даже более древних животных он еще не закончился. А в аминокислотах, входящих в состав белков, такие превращения идут еще медленнее.
Теперь вернемся к целому организму. Мы помним, что сила земного притяжения наложила отпечаток на внешнее строение и особенно жестко на органы передвижения животных. Однако их строгая симметричность сохраняется до тех пор, пока передвижение тела в пространстве остается их единственной или, во всяком случае, главной функцией. Приведем лишь один пример. На побережьях тропических морей обитают так называемые манящие крабы — небольшие симпатичные существа, ведущие полуводный-полуназемный образ жизни. Свое название они получили за своеобразный язык жестов, используемый самцами для привлечения самок. Когда бродящий по песчаной отмели самец замечает самку, он приподнимается на лапках, чтобы его было лучше видно, и начинает приветственно махать клешней. Этот жест настолько выразителен, что даже людям, мало знакомым с жизнью братьев наших меньших, переводчик не потребуется. Совершенно очевидно, что это радушный призыв о встрече. Во всяком случае, именно так понимает его самка и спешит познакомиться с суженым.
Брачная сигнализация важная, но совсем не такая уж часто выполняемая функция, и поэтому нет никакой необходимости, чтобы обе клешни «умели» ее выполнять. Действительно, приветственные жесты крабы выполняют лишь правой клешней. Налицо явная асимметрия функций, которой соответствует аналогичная функциональная асимметрия в соответствующих ганглиях центральной нервной системы краба. Мало того, правая клешня у самцов манящего краба достигает прямо-таки гигантских размеров. Жест огромной сигнальной клешни трудно не заметить. Самки не стараются привлечь внимание самцов, и им нет необходимости обзаводиться непропорционально большой конечностью. Как и полагается представительнице слабого пола, у самки маленькие изящные клешни.
Разный размер имеют клешни у раков-щелкунов. Более крупная предназначена для производства громких щелчков. У омаров более крупная клешня служит для раздавливания панцирей морских ежей, раковин моллюсков, домиков морских желудей, а другая, более тонкая режущая клешня используется для разделки нежной добычи: креветок и рыб.
Примеры с крабами и омарами приведены для того, чтобы показать, как легко животные отступают от симметрии в функциях конечностей, если те начинают использоваться для каких-то иных целей. Поэтому нет основания удивляться возникновению функциональной асимметрии рук у наших предков, как только они из передних конечностей превратились в верхние и стали активно участвовать в различных трудовых процессах.
Конструкторам автоматов хорошо известно, насколько легче создать робота с одним захватом-манипулятором, чем с двумя. Проблема сильно усложняется, когда нужно, чтобы оба манипулятора могли совместно, на паритетных началах осуществлять любую операцию, строго координируя свои действия на основе учета состояния объекта в каждый данный момент и характера участия в операции другого манипулятора. Другое дело, когда функции между манипуляторами заранее распределены, один из них является лидером, а второй подстраивается к нему, выполняя более простую вспомогательную работу.
В той же степени это относится и к живым организмам. Для выполнения совместных действий, которые чаще всего и требуются при любой работе, неравноценность рук особенно необходима. Неудивительно, что функциональная асимметрия мозга, использование одного определенного полушария для проведения более сложной координации работы мышц, наследственно закрепилась.
Если принять это положение о причинах возникновения неравноценности наших рук, то асимметрия психических функций мозга должна восприниматься как логическая необходимость. Если сокращением любой из мышц наших конечностей руководит лишь двигательный центр одной половины мозга, почему же осуществление высших психических функций должно быть дублированным? Когда требуется принимать быстрые и ответственные решения, необходим принцип единоначалия. На поле боя распоряжается один командир, на судне бывает один капитан, посадкой или взлетом самолета лично руководит определенный диспетчер. Попробуем разобраться, являются ли наши далекие предки пионерами в области асимметрии мозговых функций, или у них были предшественники.
Мозг во многих отношениях остается еще не познанным. Кто знает, что творится у нас в «черном ящике» за стенками черепа. Даже карты морфологического строения нервной системы человека и самых различных животных продолжают пестреть бесчисленными «белыми пятнами». При таком положении внутренняя асимметрия интерьера «черного ящика» легко могла остаться незамеченной.
Число видов животных на планете велико. Из них сколько-нибудь детально изучен мозг лишь некоторых лабораторных животных: белых мышей и крыс, кроликов, кошек, собак, двух-трех видов обезьян. И тем не менее асимметрия в строении мозга обнаружена у многих животных. Она встречается и у примитивных существ вроде миног, и у высших млекопитающих.
Миноги относятся к тому же типу хордовых, к которому принадлежит человек, только стоят на самой низшей ступени. У них в промежуточном мозгу обнаружена асимметрия ядер уздечки. Слева ядро разделено на большее число долек, чем справа. Аналогичная асимметрия обнаруживается у акул и скатов, у костистых рыб и амфибий.
Чем выше развитие животного, тем менее выражена у него асимметрия. У речного угря различия еще отчетливы, а у гребенчатого и альпийского тритонов по размерам нервных клеток, образующих ядро, по густоте их скоплений между ядрами обеих половин имеется уже значительное сходство. У бесхвостых амфибий различия выражаются лишь в том, что в нервных клетках левого узла уздечки есть кристаллоподобные включения, а в правом ядре их не бывает.