|
|
Страница 98 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наукаФоторецептор-симбионт в клетке на основе цепочки синтеза информации Случайности – Условия – Запоминание видоизменяется и совершенствуется. Условия формируют самостоятельные направления: Случайности, ограниченные условиями, создают фоторецепторный блок как самостоятельную специализированную клетку. Общее направление эволюции жизни есть переход к многоклеточным организмам и органам в них. Для зрения цепочка синтеза информации связана с совместной группировкой клеток-фоторецепторов. Критерии выживания организма в целом зависят от органов зрения в том, что у них есть селективная чувствительность по направлениям и пространственно по дальности. Клетки-фоторецепторы существуют в экологической нише организма как целого. Их метаболизм влияет на рост и группировку окружающих клеток. Возникает направление синтеза информации о “конструкторских” оптических особенностях органов зрения. Фоторецептор вводит новые механизмы: “внешняя среда – сигнал” и далее “сигнал – движение”. Многоступенчатость заменяет прямую связь “энергия – движение”. Это требует синтеза информации о способах взаимодействия электрических процессов и движений. В многоклеточном организме велики расстояния между рецепторами и клетками, на которые действуют их сигналы. В этом возникают случайности, которые становятся основой синтеза информации о специализированных клетках – нейронах, имеющих отростки для передачи электрических сигналов. Условия для их возникновения заданы участием электрической энергии в образовании формы клетки. Неизбежные случайности в строении, форме и связях отростков нейронов (дендритов и аксонов) требуют существования в нервной системе таких условий, которые задают обработку сигналов именно на основе случайностей. Из приведенного перечисления видно, что содержащиеся в нём направления отбора самостоятельны, хотя объединяющее в них на уровне объектов и процессов есть – это свет как исходное воздействие и роль электрической энергии в организме. Связь с выживанием для этих направлений задаёт необходимость ориентация особи в окружающей среде. Эвглена (рис. 8.1), хотя и одноклеточный организм, но уже содержит в себе зачатки перечисления а – g. Глазное пятно у неё приближённо плоское, что позволяет определить направление на источник света хотя бы в пределах полусферы. Существует положительная кривизна поверхности клетки-эвглены. Её гарантируют энергетические составляющие формообразования клеток. Это есть условие для эволюции, приводящей к возникновению линз в органах зрения. Начинает работать направление отбора форм и способов фокусировки излучения в органах зрения. Направленность чувствительности к излучению может быть и более простой. Например, соседние с глазным пятном области клетки могут ограничивать угол, в пределах которого излучение его достигает. Отбор может повышать направленность глазного пятна как составляющей органа зрения. Как видно из этого примера, условия п.п. а – g синтеза информации имеют истоки у одноклеточных организмов. Эволюция форм жизни не происходит путём “вытягивания шеи жирафу” с помощью вульгарных внешних воздействий, “с целью”. Природа не знает и знать не может, что в многоклеточном организме количество света, попадающего на фоторецептор, и точность определения направлений можно повысить, ограничив угловой доступ света к фоторецепторам с помощью малого отверстия или фокусирующей линзы. Но такие объекты провоцируются физико-химическими причинами, а потому становятся предметом для отбора в органах зрения. Так возникают глаза как орган зрения. Основные виды глаз показаны на рис. 8.2. У плоского червя – планарии (1 на рис. 8.2) образование изображения происходит с помощью маленьких отверстий. В глазу планарии фоторецепторы (ФР на рис. 8.2) случайным образом распределены за многими такими отверстиями. Поэтому невозможно выразить зависимость элементов изображений или направлений на источники света от “номеров” и координат рецепторов. Глаз планарии – простейший пример глаза (который и назвать-то глазом, казалось бы, можно только условно) – вводит в любом органе зрения принципиальное отличие от технических устройств.
Появление волоконной оптики создало ещё одну аналогию. Можно собрать тонкие волокна-световоды в пучок. В отличие от матриц фотодиодов, геометрическая правильность их упаковки в плоскости торцов заменена случайностью, но волокна по длине не перепутываются при сборке пучка. В результате, если на один из его торцов спроектировать изображение, то оно таким же будет воспроизведено на другом, отстоящем на большие расстояния, включая изгибы пучка как целого. Немало исследователей обработки сигналов от глаза исходят из такой аналогии для связи фоторецепторов и нервной системы – пучок нервов от глаза сопоставляется пучку световодов. Однако в глазу планарии (как и в органах зрения сложных форм жизни) нет упорядоченно расположенных фоторецепторов и однозначного соответствия отверстий для света со “своими” фоторецепторами и далее с нервами – “световодами”. Это же справедливо для органов зрения с линзами вплоть до глаза человека. Одно из первых появлений линз в истории органов зрения есть пример простого глаза насекомых (2 на рис. 8.2). Условия группировки клеток в организме (п.п. b – d) делают высоковероятным появление в его составе линзы (обозначена Л на рис. 8.2). У высших форм жизни отбор образует глаза с линзами (3 – 5 на рис. 8.2). Но это результат случайностей, возможных в данных условиях. Поэтому, например, в простом глазу 2 на рис. 8.2 рассстояние от линзы до фоторецепторов не соответствует тем, которых требуют законы физики для фокусировки изображений. Человек хочет, чтобы природа действовала по найденным им правилам. И не её вина, что человек не понимает порочность для природы его подхода, основанного на понятии цели изобретений. Линзы в органах зрения формирует не цель, а случайности и условия, которые к зрению прямого отношения не имеют. Любая область организма неоднородна по механическим и физическим свойствам, а потому поверхностное натяжение с высокой вероятностью самопроизвольно формирует линзы и опорные оправы к ним. Случайно и с высокой вероятностью фоторецепторы связываются с такими линзами (возможно, что даже провоцируют их по причинам физико-химических отличий клеток как таковых). Кроме того, фоторецептор производит энергию и разность электрических потенциалов, которые могут участвовать как условия для случайностей роста соседних с ним областей клетки или других клеток (п.п. a – g). Выживание выживающих отбраковывает варианты, мешающие доступу света к фоторецептору, например, непрозрачные образования или линзы отрицательной кривизны. Варианты с меньшими негативными последствиями могут быть терпимыми организмом и ждать своих случайных улучшений. Варианты, создающие существенные преимущества в ориентации, запоминаются, так как улучшают поступление в организм питательных веществ и защиту от антагонистов данного вида жизни, то есть способствуют выживанию выживающих. Случайная реализация плоского фоторецептора и плоского “стекла” над ним по физическим условиям формообразования структур в организме менее вероятна, чем образование сферической полости, сетчатки в ней и линзы (пусть и несовершенной). Это приводит к глазам типа 3, 4 на рис. 8.2. Ещё раз подчеркну. Природа создаёт в органах зрения линзы (с самых первых этапов появления только зачатков глаз) потому, что механические и физико-химические условия предписывают макроскопические формы структур, близкие к спаренным сегментам сфер. Основную роль в этом играют разный состав и строение клеток, составляющих орган зрения и его окружение, а также механические связи клеток. Существуют предельные альтернативы для случайных вариантов объединения линз и фоторецепторов: пары из многих линз и, отвечающих каждой, своих фоторецепторов как группы клеток (5 на рис. 8.2); многие фоторецепторы, находящиеся под единственной линзой (2 – 4 на рис. 8.2). Первая альтернатива есть случайно многоглазый организм, у которого не совместимая с выживанием избыточность сигналов преодолевается жёсткой связью многих глаз в один блок. Отбор закрепляет два таких блока из-за премуществ для выживания триангуляции как способа определения расстояний. Пара глаз реализована у многих видов членистоногих (5 на рис. 8.2). В частности, одна из случайностей, вызванных условиями, перечисленными выше в п.п. а – g, приводит к тому, что фоторецепторы группируются по внутренней поверхности трубки, имеющей на торце линзу, фокусирующую свет внутрь трубки. Иерархически членистоногие есть поздние и сложные виды жизни. Они прошли много этапов отбора (синтеза информации, включая принцип максимума производства энтропии – создание принципиально нового). Поэтому трубка есть самостоятельный элемент. Глаз, образованный многими элементами вида линза – трубка-фоторецептор, называют фасеточным глазом. Он состоит из комплексов: линза Л и рецепторы ФР (5 на рис. 8.2,), где дополнительно дано сечение трубки 5а и участок блока фоторецепторов. Пары линза-фоторецептор в фасеточном глазу расположены плотно друг к другу. В примитивной, но распространённой, трактовке такой глаз способен только определять направление на источник, находящийся на оси линзы каждой из его фасеток. Однако сводить к этому работу фасеточного глаза неправильно. Реально рецепторы на внутренней поверхности трубки расположены несколькими осевыми сегментами (см., 5а на рис. 8.2), а в них – случайно. Параллельно упакованные фасетки дают случайные сигналы в ответ на оптическое преобразование линзой элементов объектов в окрестности оси системы. Условия, в которых действуют случайности этих сигналов, необходимо пояснить. Фоторецептор фасеточного глаза есть трубка. Исследователи, использующие микроскоп, понимают, что рассмотреть в него внутренность трубки весьма сложно. Глубина плоскости изображения мала. Надо менять фокусировку и направления оси зрения. Параметры линз на торце фасетки того же порядка, что у объективов микроскопов. Поэтому в обращённой задаче о микроскопе (зрении с помощью рецепторов-трубок) ни о каком изображении внутри трубок речи быть не может. Тем более, что природа имеет в своём распоряжении не великолепную оптику микроскопов, а линзы с подозрительной сферичностью поверхностей. Несомненно, что в процессе обработки сигналов от фоторецепторов определение их баланса по разные стороны трубки позволяет ориентировать её на источник света. Это естественный отбор должен был использовать. Но неизбежные случайности при радиальной упаковке клеток исключают однородность их засветки. Поэтому к устройству и работе фасеточного глаза нельзя подходить с мерками матриц фотодетекторов по аналогии с современными устройствами электроники. Фасеточный глаз чувствителен не к изображениям, а к направлениям преобразованных линзой пучков света. Поведение насекомых показывает, что они воспринимают изображения. Запомните это исключительно важное противоречие, которое, как будет показано дальше в этой главе, есть важнейшее для понимания зрения. Для органа зрения высоко вероятная случайность состоит в том, что генетический сбой приводит к сохранению многих трубчатых фоторецепторов под одной и той же линзой. Именно так сформирован глаз головоногих моллюсков (4 на рис. 8.2). Он содержит весьма совершенную линзу Л. Отбор закрепил у него сетчатку С как поверхность, на которой расположены фоторецепторы, и мышцы, меняющие расстояние от сетчатки до линзы для фокусировки на ней изображений. Моллюски и членистоногие имеют общих досточно прямых таксономических предков. Трубка с фоторецепторами – сложный анатомический объект. Она связана с многоступенчатой обработкой своих сигналов в нервной системе. Проигнорировать генетические основы всего этого эволюция жизни не может. Результат – в глазу головоногого моллюска рецепторы продолжают оставаться трубчатыми (рис. 8.2 4а), хотя оптика глаза весьма совершенна. При малом объёме нервной системы моллюсков существенны для выживания преимущества, создаваемые обработкой сигналов трубчатой структурой рецепторов фасеточных глаз. Ведь в них действуют особенности, позволяющие им работать всего при сотнях нейронов, например. у насекомых. Существование и работоспособность в предистории таких систем оправдывает их сохранение даже в условиях усложнённой отбором “оптической части” глаза. Однако высоко вероятна такая случайность, которая продуцирует ошибку – отверстие трубки не возникает. Более того, такая случайность исторически возникала параллельно фасеточному глазу. Вместо сложной трубчатой структуры фоторецептор формируется как стержень – “точка” на сетчатке. У членистоногих такой простой глаз действительно существует. Его прототип был упомянут выше. Это 2 на рис. 8.2. Он содержит поле стержневых фоторецепторов и общую линзу над ним. Но линза (как подчёркивалось выше) примитивна, изображение не создаёт (из-за геометрии своего расположения относительно рецепторов), а число их мало для того, чтобы реализовать высокое оптическое разрешение. Однако этим введено условие, ограничивающее случайности при отборе – возможность создания плоских изображений. Выживание зависит от их качества. Отбор идёт по пути их улучшения. Это формирует расстояние от линзы до поля рецепторов. Постоянным оно может быть в случае короткофокусных линз (как в дешёвых одноразовых фотоаппаратах, не имеющих наводки на резкость). Возникает фокусировка изображений. Для природы эта важная, но вспомогательная, “находка”. Человек в своей самонадеянности выводит её на первый план, забывая о предистории. Альтернативы управляемой фокусировки изображений, заданные законами физики, есть изменение кривизны линзы или изменение расстояния от линзы до сетчатки. Условия, определяющие расположение и работу мышц, создают основу для реализации обоих способов. Это альтернативы в виде деформируемого кольца или удлиняющейся трубки. У млекопитающих и человека фокусировка производится первым способом – изменением кривизны линзы-хрусталика, растягиваемой мышцами (3 на рис. 8.2). У осьминога фокусировка производится вторым способом – перемещением линзы (4 на рис. 8.2).
Упрощенная схема сетчатки глаза человека дана на рис. 8.3 [129]. Видно, что сигналы собственно рецепторов (известных палочек и колбочек) перед поступлением в нервы, передающие их в мозг, проходят через несколько слоёв нервных клеток. Даже, если бы была возможна упорядоченная упаковка палочек и колбочек, привязанная к оси оптической системы глаза, то прохождение нервных импульсов неустранимо вводит случайности в связи рецепторов с мозгом. В живых организмах не существует органов зрения с пространственно упорядоченными связями рецепторов и клеток в мозге, обрабатывающих сигнал. В этом, казалось бы, недостатке заключено главное преимущество нервных систем и мозга перед телевизорами и подобным. Категория: Библиотека » Философия Другие новости по теме: --- Код для вставки на сайт или в блог: Код для вставки в форум (BBCode): Прямая ссылка на эту публикацию:
|
|