Seluruh variasi bentuk reaksi adaptif organisme hidup dibagi menjadi dua kelompok. Naluri telah berkembang sebagai adaptasi terhadap fenomena lingkungan yang konstan dan berkala.

Kelompok kedua menyatukan jenis-jenis perilaku yang ditemukan oleh hewan dalam kehidupan individu, lebih tepatnya, apa yang dipahami dan diderita setiap binatang dengan pikirannya sendiri. Reaksi-reaksi ini membantu tubuh beradaptasi dengan kondisi keberadaan yang tak terduga dan berubah dengan cepat.

Kedua bentuk kegiatan adaptif ini mencakup serangkaian tindakan berurutan yang bertujuan untuk mencapai hasil yang bermanfaat bagi organisme. Namun, pemrograman tindakan tersebut dalam aktivitas bawaan dan yang diperoleh dapat dilakukan dengan cara yang berbeda.

Telur Emas dari Tawon dan Siput Aplis

Sebagai aturan, aktivitas naluriah didasarkan pada program yang kaku. Mempelajari kehidupan serangga, naturalis Prancis yang luar biasa J. Fabre menarik perhatian pada bentuk perilaku naluriah yang menarik dari tawon bersayap kuning - sphex.

Pada tahap perkembangan tertentu pada tawon ini, di bawah pengaruh perubahan hormon internal dan faktor lingkungan (terutama suhu udara dan panjang hari), pematangan telur dimulai. Ada juga kebutuhan untuk menunda mereka. Tahap perilaku tawon karnivora ini adalah contoh khas dari aktivitas naluriah.

Tawon dimulai dengan menggali bentuk tertentu di tempat terpencil. Kemudian ia terbang untuk berburu binatang buruan, yang seharusnya menjadi makanan bagi larva segera setelah mereka menetas dari telur. Gim untuk sfex adalah cricket lapangan. Sfex mendeteksi seekor jangkrik dan melumpuhkannya dengan sengatan kuat di saraf. Menariknya ke lubang, tawon meninggalkannya di dekat pintu masuk, dia sendiri turun ke lubang untuk memeriksa situasinya.

Setelah memastikan bahwa tidak ada orang asing di dalam lubang, tawon itu menyeret mangsanya ke sana dan bertelur di dadanya. Dia juga bisa menyeret beberapa jangkrik lagi ke dalam lubang untuk menutup pintu masuk dengan mereka. Kemudian dia terbang, dan dia tidak akan kembali ke tempat ini.

Jika Anda dengan hati-hati mempertimbangkan semua tahapan perilaku tawon, Anda akan melihat bahwa semua gerakannya dikerahkan sesuai dengan subjek program yang unik dengan hasil tunggal - bertelur. Ilmuwan J. Fabre berkali-kali mendorong kembali kriket, yang ditinggalkan oleh tawon di pintu masuk selama inspeksi lubang. Dalam hal ini, setelah keluar dari lubang dan memperhatikan bahwa mangsanya terlalu jauh, tawon meraihnya lagi, menariknya ke pintu masuk, dan kemudian turun ke dalam lubang, tetapi sekali lagi sendirian. Tawon tanpa lelah mengulangi semua tindakan: ia menyeret jangkrik, lalu menjatuhkannya, memeriksa cerpelai, untuk kembali lagi setelahnya.

Jadi, dalam perilaku tawon, setiap hasil sebelumnya dari kegiatannya, yang bertujuan untuk mencapai beberapa hasil penting, menentukan perkembangan tindakan selanjutnya. Jika tawon tidak menerima sinyal tentang penyelesaian tahap sebelumnya yang berhasil, tawon tidak akan pernah melanjutkan ke tahap berikutnya.

Semua ini menunjukkan bahwa perilaku tawon dibangun sesuai dengan program yang ketat. Itu dipicu oleh kebutuhan batin, motivasi. Tetapi implementasi program ditentukan oleh hasil bertahap dan akhir dari aktivitas adaptif hewan. Apa itu, pengamatan berikut menunjukkan. Setelah tabuhan menghantam pintu masuk, Anda benar-benar dapat menghancurkan usahanya di depan matanya. Nasib telur tidak lagi menarik bagi tawon, karena misinya selesai.

Seluruh program ini ditentukan oleh mekanisme herediter. Bagaimanapun, keturunan tawon tidak akan pernah bertemu dengan orang tua mereka dan tidak akan belajar apa pun dari mereka. Namun, mekanisme herediter ini mulai berlaku hanya jika ada faktor lingkungan tertentu. Jika tawon tidak menemukannya, katakan tanah lunak untuk bulu, seluruh rangkaian tindakan menjadi bingung dan putus. Dan kemudian seluruh populasi tawon di tempat naas ini mati.

Tampaknya semua bentuk aktivitas naluriah sedang dibangun.Ini dikonfirmasikan oleh para ilmuwan yang mempelajari di semua benua dan di jurang lautan dan samudera, tata krama dan kebiasaan bersayap, berkaki empat, bersisik, pinniped, menggerakkan bumi, dan tetangga kita lainnya di planet ini.

Semakin lebar bermacam-macam perilaku naluriah binatang diungkapkan kepada manusia, semakin dia tertarik padanya oleh rahasia terbesar dari sifat alami. Berdasarkan apa sifat-sifat internal naluri tubuh? Setelah dibuka pada 1951-1953. J. D. Watson, F. Crick dan M. Wilkins dari struktur DNA, pertanyaan ini telah dikonkretkan, dan sekarang kedengarannya seperti ini: bagaimana perilaku bawaan dikodekan dalam gen dan bagaimana mereka mengendalikannya?

Jawaban yang paling jelas dan informatif untuk pertanyaan ini diberikan oleh sekelompok ilmuwan saraf Amerika yang dipimpin oleh E. Candel. Mereka memeriksa bentuk perilaku yang sama pada siput laut aplizia seperti pada sfex - bertelur. Peletakan telur aplizia, kata para peserta dalam percobaan ini, adalah tali yang berisi lebih dari satu juta telur. Segera setelah di bawah pengaruh otot-otot yang berkontraksi pada saluran kelenjar hermafrodit, di mana terjadi pembuahan, telur mulai terdorong keluar, siput berhenti bergerak dan makan. Napas dan detak jantungnya meningkat.

Siput itu mengambil seutas telur dengan mulutnya dan, menggerakkan kepalanya, membantunya keluar dari saluran, dan kemudian memelintirnya menjadi kumparan. Akhirnya, dengan gerakan kepala, hewan itu menempelkan pasangan bata ke alas yang kokoh.

E. Kandel dan I. Kupferman ditemukan di ganglion abdominal (mis., Akumulasi neuron) aplisia yang disebut sel saraf aksila. Ekstrak diperoleh dari mereka dan dimasukkan ke dalam tubuh siput lainnya. Dan ternyata kekuatan beberapa zat dari ekstrak ini terhadap perilaku moluska begitu besar sehingga siput segera mulai bertelur, bahkan jika kematangannya belum datang. Selain itu, siput yang tidak dibuahi, setelah menerima ekstrak seperti itu, membuat gerakan terpisah dari ritual bertelur.

Para ilmuwan tertarik pada zat yang membentuk prinsip aktif ekstrak sel aksila. Mereka ternyata 4 peptida (mis., Rantai pendek asam amino), salah satunya disebut GOY - hormon peletakan telur. Catat saja bahwa penemuan ini tidak mengejutkan. Di antara zat aktif biologis lainnya, peptida sekarang sedang dipelajari paling intensif.

Memang, protein kecil ini, yang bertindak dalam jumlah yang dapat diabaikan, mengatur hampir semua proses vital tubuh: nutrisi, pernapasan, sekresi, reproduksi, termoregulasi, tidur, dll. Jumlah peptida yang diisolasi dari jaringan yang berbeda telah melebihi 500. Banyak dari mereka disintesis di jaringan saraf dan secara langsung mengontrol perilaku.

Peran peptida "aksila" dari aplizia ternyata sama. Ilmuwan Amerika menemukan 7 neuron dalam sistem saraf aplsia, di mana peptida ini memiliki efek paling kuat dan selektif. Menurut ahli biologi, 7 sel ini bertindak sebagai neuron komando. Dengan kata lain, mereka mengendalikan sel-sel saraf aplisia yang tersisa, yang merupakan bagian dari sistem fungsional yang menyediakan peletakan telur. Dalam aplia apa pun, sel-sel ini di bawah pengaruh peptida "aksila" mulai secara simultan menghasilkan impuls listrik, dan suara "ucapan" listrik mereka dalam kasus ini benar-benar berbeda daripada dalam kasus lain ketika neuron ini memberikan "suara" listrik.

Selain meluncurkan neuron-neuron komando ini, empat peptida dari sel aksila juga memiliki profesi lain yang saling terkait demi satu tujuan akhir - bertelur. Satu peptida memperlambat detak jantung. Yang lain memotong saluran kelenjar hermafrodit sehingga kabelnya keluar. Yang ketiga menekan nafsu makan siput sehingga ibu yang rakus tidak makan pada keturunannya sendiri.

Dari sistem reproduksi koklea F. Strumwasser dan rekan-rekannya mengisolasi 2 peptida lagi. Mereka disebut peptida A dan peptida B.Merekalah yang memaksa sel-sel aksila mengeluarkan empat peptida yang baru saja dijelaskan. Berkat penemuan ini, mekanisme untuk meluncurkan sistem bertelur fungsional menjadi lebih jelas.

Dengan demikian, dipastikan bahwa peptidalah yang “merakit” sel-sel saraf menjadi satu asosiasi yang berfungsi, memilih dari sekumpulan senyawa neuron yang mungkin yang dikenakan aksi mereka, dan memasukkannya dalam sistem fungsional. Bersama dengan neuron, peptida juga menggabungkan sel perifer menjadi persemakmuran. Sebagai hasil dari aktivitas terkoordinasi peptida dari semua ansambel sel besar ini, hasil perilaku yang bermanfaat tercapai.

Tampaknya segala sesuatu di sini logis dan bijaksana. Tetapi pada kenyataannya, masalah yang sangat penting tetap tidak terpecahkan sampai ahli saraf mulai bekerja dengan gen yang didekripsi.
Dengan "perintah" siapa, keempat peptida ini mulai disekresikan oleh sel aksila dalam urutan yang ketat? Di bawah aksi peptida A dan B? Tentu saja. Tetapi bagaimanapun juga, zat-zat ini hanya meluncurkan mekanisme misterius dalam sel aksila. Jadi bagaimana dia bertindak?

Pertanyaan ini sangat penting. Bagaimanapun, itu layak urutan dan proporsionalitas dalam alokasi peptida, dan didasarkan pada itu bahwa pemrograman keras perilaku naluriah aplizia dibangun, setidaknya dalam beberapa cara untuk istirahat, dan dia tidak akan bertelur. Jelas, ini juga akan terjadi dengan sphex, di mana "tulisan tangan" dari beberapa kelompok peptida juga dapat ditebak.

Ilmuwan saraf pertama kali menyarankan dan kemudian membuktikan bahwa sifat sintesis peptida dari satu kelompok fungsional mempercayakan satu dan gen yang sama, atau setidaknya beberapa gen, tetapi saling terkait erat dengan kesamaan mekanisme pengaturan.

Menggunakan metode rekayasa genetika, peneliti Amerika telah mengidentifikasi dan sepenuhnya menetapkan urutan nukleotida untuk tiga gen aplisia. Yang pertama "dicetak" dalam urutan yang jelas empat peptida sel aksila. Dua gen lain mensintesis peptida A dan B. Analisis urutan nukleotida gen ini mengungkapkan situs duplikat. Ini menunjukkan bahwa ketiga gen berasal dari prekursor yang sama. Selama evolusi, dia mungkin bermutasi. Misalnya, jumlah salinan gen ini dapat meningkat (duplikat). Karena mutasi baru yang memengaruhi gen yang baru terbentuk, mereka memulai evolusi mereka sendiri. Akibatnya, duplikasi gen melalui pembentukan keluarga peptida baru menyebabkan peningkatan jumlah fungsi tubuh, misalnya, program perilaku bawaan.

Sulit untuk melebih-lebihkan pentingnya pekerjaan ini untuk biologi. Itu mungkin untuk mengembangkan dan melanjutkan gagasan peran pembentuk sistem untuk peptida. Menjadi jelas bagaimana mereka memediasi aksi "kolektor umum" sistem gen fungsional pada sel yang berbeda. Jalur evolusi yang mengarah dari mutasi genetik ke multiplikasi dan komplikasi program perilaku naluriah menjadi lebih jelas.

Namun, tidak peduli seberapa menggoda hipotesis ini, mereka masih perlu dikonfirmasi pada hewan selain aplisia. Hanya dengan demikian seseorang dapat berbicara tentang sifat universalitas prinsip kendali atas seluruh reaksi tubuh dari satu gen yang mengkode sekelompok peptida yang terkait secara fungsional. Dan ini sudah dilakukan.

Ilmuwan Amerika, N.I. Tublitz dan koleganya membuktikan bahwa beberapa gen yang saling berhubungan mengkode sekelompok peptida yang mengendalikan tahap akhir metamorfosis ngengat tembakau - keluarnya serangga dari pupa. Program perilaku tangguh ini meluncurkan satu peptida besar. Ini disintesis dalam sistem saraf dan mulai dilepaskan ke dalam darah dua setengah jam sebelum menetas ngengat. Memanjat keluar dari kepompong, serangga itu melebarkan sayapnya. Tiga peptida lain mengendalikan proses ini. Dua di antaranya berkontribusi pada pengisian pembuluh darah pembuluh darah, dari tempat itu mengalir ke pembuluh darah sayap dan menyebarkannya.Peptida ketiga bekerja pada jaringan ikat sayap. Sementara mereka meluruskan, ia memberi mereka plastisitas, dan kemudian - kekakuan konstan.

Dari 1980 hingga 1983, di laboratorium Profesor S. Num (Jepang) dan Dr. P. Seburg (AS), urutan pencetakan gen protein preproopiomelanocortin didirikan. Di otak, molekul besar ini dipotong oleh enzim menjadi beberapa rantai pendek - peptida. Pada hewan dan manusia, peptida preproopiomelanocortin membentuk sistem fungsional tunggal. Kita semua akrab dengan aksinya. Berkat dia, tubuh kita merespons rangsangan yang kuat dan tak terduga dengan reaksi bawaan - stres.

Satu peptida dari keluarga preproopiomelanocortin meningkatkan sekresi hormon adrenal glukokortikoid. Mereka, pada gilirannya, meningkatkan sirkulasi darah di otot, meningkatkan kontraktilitas mereka, meningkatkan glukosa darah. Peptida lain merangsang pemecahan lemak. Karena glukosa dan lemak, energi cadangan dimobilisasi. Peptida ketiga meningkatkan sekresi insulin dan memastikan penggunaan glukosa oleh jaringan. Yang keempat memadamkan rasa sakit. Itu sebabnya kita tidak segera menyadari bahkan cedera parah selama kegembiraan, stres. Dengan demikian, alam memungkinkan makhluk hidup dalam situasi ekstrem untuk menyelesaikan hal utama, dan kemudian melakukan "penyembuhan diri". Akhirnya, peptida terakhir meningkatkan perhatian dan tingkat kesadaran otak, yang juga berguna dalam situasi kehidupan apa pun.

Jadi, benar-benar "telur emas" membawa ilmuwan sphex dan aplizia. Mengamati perilaku tawon karnivora pada abad terakhir, J. Fabre menemukan hukum eksternal utama perilaku bawaan. Setelah sekitar satu abad, ahli saraf Amerika umumnya telah menguraikan mekanisme genetika molekuler di mana otak menyimpan dan mengimplementasikan program perilaku bawaan.

Namun, pekerjaan ke arah ini baru saja dimulai. Bagaimanapun, perilaku bawaan mamalia, yang merupakan tujuan akhir dari semua studi ilmu otak, pada kenyataannya tidak pernah begitu sulit dikodekan sebagai reaksi sphex, aplisia atau ngengat tembakau. Pentingnya faktor lingkungan yang diamati J. Fabre saat mengamati tawon predator jauh lebih besar dalam perilaku naluriah hewan berdarah panas. Dan karenanya, prinsip-prinsip kontrol genetika lebih rumit, lebih plastis dan dalam beberapa hal sudah berbeda.