Бернштейн Н. А. - О ловкости

Зрение — вообще главенствующий орган чувств у человека — участвует в сенсорном управлении огромным количеством движений, по преимуществу точных и метких ручных движений, рабочих операций и т. д., метательных движений, требующих придела (метание в цель, стрельба, футбол, теннис и т. п.).

Слух мобилизуется у человека на проприоцептивную службу в меньшей мере, но вкупе с другими видами чувствительности им руководятся музыканты, забойщики, деревообделочники, механики-мотористы, сборщики-монтажники и т. п. (мы не говорим здесь, разумеется, об исполнении услышанных словесных команд). У многих животных, например у хищников — кошачьих, у зайцев, у ночных летунов (совы, летучие мыши), слух имеет первостепенное координационное значение. То же надо сказать и об обонянии многих диких животных, о чутье охотничьей собаки и т. п.

Осязание соучаствует со зрением и с проприоцептивной чувствительностью в тесном смысле в большинстве точных движений тела и его частей в пространстве в огромном большинстве трудовых операций и т. д. В неразрывном тройственном союзе, образуемом перечисленными тремя качествами чувствительности, трудно бывает отыскать начало и конец и расчленить роли их всех в коррекции сложных движений. Каждый знает, однако, как решающе важно тонкое осязание сортировщику, хирургу, скульптору, шлифовальщику, портному, наборщику и т. п. У слепых осязание с проприоцепторикой выдвигаются на самый первый план, господствуя в управлении всеми видами посильных им движений.

В следующих очерках мы покажем, как различны в зависимости от смысла двигательной задачи и от характера движения, решающего данную задачу, те сочетания видов чувствительности, которые обслуживают эти движения. В этих сочетаниях мы найдем и, ключ к правильной физиологической классификации и систематизации движений. Но раньше нам нужно будет ознакомить читателя с тем, как произошли и как развивались движения в животном мире и у человека.

Этой истории движений и будет посвящен следующий очерк.

Очерк III. О происхождении движений

Великий конкурс жизни

Нет в природе такого явления, суть которого можно понять, не вникая в то, как оно возникло. Это происходит прежде всего потому, что все на свете представляет собою строжайшую цепь причин и следствий, а самое главное — потому, что все беспрестанно изменяется, развивается и гибнет. Каждое явление окружающего нас мира имеет свою биографию, не ознакомясь с которой мы не можем обсуждать это явление. Ведь и по отношению к людям — от наилучших до самых худших экземпляров человечества, - чтобы постигнуть творчество великого поэта, надо узнать историю его жизни; чтобы вынести справедливый приговор воришке, тоже нужно вникнуть в его жалкую биографию.

Все живет и изменяется. Сама звездная Вселенная, еще двести лет назад считавшаяся олицетворением вечности и неизменности, на самом деле насыщена жизнью и изменяется буквально на наших глазах. За короткое время существования астрономической науки мы успели быть свидетелями появления на свет новорожденных звезд-младенцев; мы знакомы с гигантскими красными звездами-юношами, растущими и наливающимися блеском; на фотопластинках обсерваторий запечатлеваются звезды-старухи — рубиновые карлики съеживающиеся и стынущие, как отливки в литейной, отжившие уже на свете положенные им двадцать миллиардов лет. Тем более полна изменений живая природа, и в ее изменениях нам легче уловить внутренний смысл, поскольку она ближе и родственнее нам: мы сами составляем, ее часть. Мы уже знаем благодаря трудам великих основателей современной биологии и одну из важнейших побудительных пружин этих непрестанных перемен в живой природе. Мы знаем, что ее изменения — это непрерывное развитие, движение вперед и что это развитие совершается в условиях жестокой и безжалостной борьбы за жизнь. Вся история живой природы своего рода непрекращающийся конкурс между особями, желающими жить. На этом конкурсе беспощадно отметается прочь все слабое, мало удачное, нежизнеспособное, но зато и все те, может быть чисто случайные поначалу, счастливые находки и «открытия» природы, которые укрепляют и усиливают их обладателя, побеждают на этом великом конкурсе мира и постепенно прививаются огромным количеством его обитателей. Мы увидим ниже, например, какой победоносный путь распространения проделали возникший в какой-то момент в природе принцип продолговатой формы тела, или поперечнополосатая мышца, или «пирамидная» двигательная система мозга и как обладатели этих биологических «нововведений» покоряли себе животных с устаревшими устройствами 6тела и становились на тот или иной срок господами животного мира. В непосредственно занимающей нас здесь области — области движений — мы сможем показать, какое значение, имели некоторые из подобных «технических переворотов» для побеждающего развития того или другого класса животных и как каждое из таких усовершенствований подвигало мир животных в направлении большей двигательной приспособительности, большей слаженности, быстроты, находчивости, точности движений — короче говоря, в направлении возрастающей двигательной ловкости.

Для проникновения в историю животного мира мы имеем два основных источника. Первый из них — это те обветшалые обрывки подлинных документов о старинных формах жизни, которые мы находим при раскопках древних напластований Земли. Их так и называют — ископаемыми. Этот источник всего прямее и достовернее, но, к сожалению, многие органы давно вымерших организмов не могли пережить даже малой доли тех тысяч веков,- которые отделяют их обладателей от нас. Как раз то, что наиболее интересно для нас — нежные органы мышечной и нервной системы, — относится к их числу. В том, что касается этих органов, мы были бы целиком обречены на догадки, если бы не помощь второго источника, к которому мы и обратимся.

Давно замечено, что чем выше развито животное, тем оно более изменчиво на протяжении веков. Высшие млекопитающие — один из самых молодых отрядов животных на Земле, но они успели чрезвычайно резко видоизменяться за немногие сотни тысяч лет своего существования — срок, как мы вскоре увидим, в масштабах истории земли -очень небольшой. За этот срок из маленького копытного ростом с собаку, протогиппуса, сформировался наш друг и спутник— лошадь. Еще быстрее и резче изменилась собака. Сам человек всего несколько десятков тысячелетий назад — в ледниковые эпохи — очень сильно отличался от современного и объемом мозга, и формами лица и конечностей. А, с другой стороны, низшие организмы остаются почти неизменными на протяжении миллионов веков. Еще и сейчас существуют, например, некоторые виды моллюсков (каракатицы) или ракообразных, почти не отличимые от ископаемых остатков из времен ранней юности Земли. Вот эти-то факты и позволяют нам с успехом заменить историю в прямом смысле тем материалом, какой дают нам сравнительная анатомия и сравнительная физиология животных. Действительно, во всех тех случаях, когда мы можем сличить показания обоих источников, они безукоризненно сходятся между собой и подкрепляют друг друга. Итак, обратимся к тому, что обе эти сравнительные науки могут рассказать нам о происхождении и развитии движений на Земле. Этому очерку предпошлем две сводки, которые очень помогут нам приблизиться к пониманию изучаемого предмета.

Масштаб и действующие лица

Начнем с масштаба. По счету геологов, земля существует на свете около двух миллиардов лет; жизнь на Земле, начиная от самых простейших ее форм, — около половины этого времени. Обе эти цифры ничего не говорят нашему воображению. Попробуем представить дело иначе.

Чтобы получить практически выполнимое и обозримое изображение земли — географическую карту, ее чертят с уменьшением по отношению к подлинным размерам в 10, 50, 100 миллионов раз. Вычертим историю матери-Земли в масштабе 1 к 50 000 000. В этом масштабе столетие почти в точности равно одной минуте. Продолжительность человеческой жизни — 40— 45 секунд.

Итак, прежде всего на нашем чертеже Земле 40 «лет». На ее лице немало морщин — великих горных цепей и седин белоснежной Арктики или Антарктиды. Их, может быть, больше, чем следовало бы иметь к 40 «годам», но надо признать, что жизнь выпала ей не из легких: вся история великих геологических переворотов, смены гор и морей, вулканической деятельности и т. д. хорошо подтверждает это. В пору же зачатия первых проблесков жизни мы рисуем себе Землю на нашей карте двадцатилетней женщиной — в лучшем возрасте для деторождения.

Если теперь сделать набросок последовательности развития наиболее близких к нам животных — позвоночных — в выбранном нами масштабе, то окажется, что древнейшие представители позвоночных — ископаемые рыбы — появились на Земле в середине общего срока жизни животного мира — около 10 «лет» назад. Два-четыре «года» назад на земном шаре господствовали пресмыкающиеся — гигантские ящеры, о которых еще будет речь дальше.

Самые древние из млекопитающих возникли не более 2—3 «лет» назад; Земля родила их уже очень пожилой женщиной, пронянчив все самое цветущее десятилетие своей жизни одних только беспозвоночных, червей и моллюсков. Высшие млекопитающие — хищные, хоботные, высокоразвитые копытные и т. п. — существуют всего едва лишь несколько «месяцев». «Недели» две назад появились высшие обезьяны. Древнейшим представителем человека, достойным этого имени, не более «недели» от роду. Как ничтожны все эти последние сроки по сравнению с общим возрастом жизни на земле! «Вчера» или «позавчера» (150 000 — 300 000 лет назад) на Земле случилась плохая погода: похолодало, обширные равнины сковались льдом, прошла волна того, что наука называет «ледниковыми периодами». И тогда же — «день» или два назад — объявился и пещерный человек древнекаменного века, сражавшийся каменными топорами и бережно хранивший в своих пещерах случайно найденный где-либо огонь. Древнейшие из исторических документов в прямом смысле этого слова — египетские и ассирийские надписи, великие пирамиды, истоки истории китайцев — создались «час» с небольшим назад. Христианской эре — около 20 «минут», открытию Америки и возрождению наук после страшного средневекового застоя — 4—5 «минут». Наша мысль вникает в существо вещей и в историю 40 «лет» бытия Земли не долее этих 5 «минут». Можно ли требовать, чтобы за этот срок она могла успеть очень уж многое сделать?

Вторая сводка, на которую мы должны будем опереться, — это табличка крупных классов, на которые наука подразделяет животное царство, от древнейших и простейших до самых высших по своему развитию животных. Перечислим эти классы по порядку, с тем чтобы далее задержаться на них более обстоятельно.

1. Простейшие — одноклеточные, микроскопически малые животные.

2. Кишечнополостные (например, коралловые полипы, голотурии, губки, морские лилии).

3. Иглокожие (например, морская звезда).

Классы 2-й и 3-й — округло-симметричные, малоподвижные существа.

Из класса 2-го многие ведут полностью образ жизни растений, всю жизнь произрастая на одном месте. У класса 2-го пищеварительная полость имеет еще вид мешка, и они пользуются как для питания, так и для испражнения одним и тем же отверстием. Класс 3-й имеет уже сквозной пищеварительный канал.

4. Черви (например, дождевой червь, пиявка, ленточная глиста).

5. Мягкотелые, или моллюски (например, улитка, каракатица, устрица).

Классы 4-й и 5-й имеют продолговатую форму тела, с: ротовым (головным) и хвостовым концом. Тела их обнаруживают члениковое (сегментарное) строение, особенно четко выраженное у червей. Как показывает само название мягкотелых, они лишены каких-либо скелетов, и все что есть жесткого в их теле — это только переносные домики-раковины. Медлительность их вошла в поговорку.

6. Членистоногие (насекомые, раки, пауки, сороконожки).

7. Позвоночные (рыбы, лягушки, ящерицы, птицы, звери). Два последних класса очень резко отличаются от всех предыдущих.

Они имеют суставчатые, подвижные скелеты, настоящие конечности; они способны к быстрым и сильным движениям; наконец, одни они (если не считать только еще некоторых моллюсков) могут считаться обладателями настоящей центральной нервной системы — головного мозга.

Возникновение жизни и возбудимости

Теперь, вооруженные основной классификацией и масштабом, обратимся к самой истории движений в животном царстве. Попытаемся восстановить перед глазами бесконечно удаленное прошлое, как говорят, сделать его реконструкцию, подобно тому, как археологи воссоздают в виде макетов и рисунков древние, давно сметенные с земли города или здания, Если даже в подобной реконструкции какого-нибудь старинного храма в Перу или усыпальницы в Вавилоне больше воображения, чем документальных фактов, мы готовы простить это ученому за убедительность и правдоподобие. За нашу реконструкцию мы гораздо более спокойны: она надежно покоится на фактическом материале.

Пройдем мимо, тех беспредельно давних времен, когда земной шар медленно стыл, окутанный тучами и налитый до краев горячим соляным бульоном океанов. В их водах повсюду; бродили всяческие молекулы и их обломки, сталкиваясь между собою, соединяясь во всевозможных комбинациях и разъединяясь вновь. Молодая земная химия как будто пробовала свои силы: раньше, пока Земля еще была раскалена, какие бы то ни были химические соединения были так же невозможны на ней, как в электрической печи.

И вот где-то, в каком-то пункте великого океана Земли, может быть, даже всего один-единственный раз за все время ее существования, столкновение обломков создало длинную цепочечную молекулу, коренным образом не похожую на все, что образовывалось до этих пор. Пусть образование подобной молекулы было так же маловероятно, как то, чтобы карты тасуемой колоды сто раз подряд расположились в правильном порядке, — времени и места для перепробования разных комбинаций было достаточно (Не следует, конечно, думать, что живая белковая молекула, а тем более живая клетка, с ее сложнейшим, и по сию пору далеко не доизученным строением, могла возникнуть сразу., в результате какого-то одного исключительного случая. То возникновение молекулярной белковой цепочки, о котором сказано в тексте, представляло собой, несомненно, только один эпизод в длительной цепи событий, являвшихся последовательными ступенями роста организации живого вещества. Такими ступенями были: возникновение и постепенное усложнение содержащих азот, серу, фосфор и железо органических коллоидов («коацерватов»), образование первобытных ферментов или биологических реактивов, сформирование первоначальной клеточной протоплазмы и т. д.) Эта удивительная молекула впервые на Земле оказалась более устойчивой, чем остальные молекулы. Она не только имела свойство ограждать; себя от распада благодаря особым соотношениям и формам связи своих частей. Она обнаружила свойство содействовать образованию около себя новых молекул, во всем подобных ей самой. От одного ее присутствия другие химические обломки, содержавшие, как и она сама, углерод, кислород, водород и азот, временно соединяясь с нею, проходя сквозь ее химическое нутро, сами сцеплялись в такие же точно новые молекулы. Если бы мы жили в то время, мы, может быть, назвали бы ее «молекула-самоумножитель».

Так возникли на Земле понятия самосохранения и размножения и появилась первая живая частица. Раз случайно возникнув в водах юной Земли, она уже не могла исчезнуть.

Пройдем мимо бесчисленных веков, потраченных неопытной Землей на развитие одноклеточных или простейших животных (инфузорий, корненожек, парамеций), у которых единственная их клетка сама пробивала себе дорогу в жизнь, шевеля своими жгутиками или ложноножками и работая «за одну» в отношении и питания, и движения, и самосохранения, и размножения. Поворачиваем установочный винт нашей исторической подзорной трубы на пару миллионов столетий вперед, к многоклеточным организмам, сформировавшимся за эти 3—4 «года» нашего условного масштаба времени.

У организма, состоящего из многих тысяч клеток, эти клетки уже потому не могут остаться равными друг другу, что одни из них находятся в глубинах тела, а другие — на поверхности. Мы присутствуем при специализации клеток: одни, лежащие на покровах тела, приспосабливаются к несению службы раздражимости и чувствительности, другие, глубинные, — преимущественно к изменениям формы, к сократительности, к обеспечению первобытных движений. Будем называть первые рецептивными, вторые контрактильными элементами тела (Рецептивный от латинского recipere — воспринимать (отсюда же рецепт — принятое, подлежащее приему); контрактильный от латинского contrahere — стягиватель— сократительный, стягивательный (отсюда же контракт — скрепляющий документ).

Перед нами во все еще теплых водах первобытного океана — одни только представители 2-го и 3-го, классов нашей таблички: полурастения-полуживотные с медленными, неохотными движениями, как движения потягивающегося после сна. По-видимому, первые движения были самопроизвольными, исходившими из самых клеток-мышц: движения ни на что не нацеленные, развившиеся просто потому, что шевелившиеся особи имели лучшие шансы в борьбе за жизнь, чем совершенно неподвижные.

Каждый физиологический процесс связан с какими-нибудь химическими превращениями в клетке. Рецептивные клетки поверхности тела, приобретшие повышенную раздражимость и взявшие на себя обслуживание чувствительности, тоже выделяли из себя во время своей деятельности — во время воздействия на них внешних раздражений, толчков, тепла или холода и т. п. — какие-то химические продукты обмена веществ. Случалось так что эти продукты, выделяясь из рецептивных клеток и блуждая вместе с общим потоком внутренностной жидкости по межтканевым щелям тела, попадали и в окрестности контрактильных мышечных клеток. Понятно, что те особи, у которых, может быть чисто случайно, мышечные клетки оказались возбудимыми от действия проникавших в них рецептивных веществ (назовем их пока так), получили серьезное, почти решающее, биологическое преимущество перед другими. В то время, как эти последние были способны только на самопроизвольные шевеления, иногда бывшие просто ни к чему, а иногда бывшие и прямо невпопад, особи новой «марки» могли реагировать на внешние раздражения (например, поворачиваться лицом к добыче или спиной к опасности). Это новое явление на Земле — реактивность— по началу было огульным, неизбирательным, расплывчатым, как говорят в физиологии, диффузным. Мы и сейчас можем наблюдать у различных низших организмов подобную диффузную раздражимость и реактивность: пока не трогаешь его, он лежит смирно; прикоснешься — начинаются общие неупорядоченные движения тела, тем более значительные, чем сильнее было раздражение.

Так выявились первые в природе химические возбуждающие мышцу вещества — первобытные посредники между рецептивной поверхностью тела и мышцами. Эти вещества так и называются в физиологии посредниками — медиаторами по-латыни, и, как увидим позже, они и по сию пору у самых высших организмов, и у вас, читатель, и у меня, играют очень существенную роль в наших движениях. Каждый раз, как мы при ходьбе, выполнении гимнастических упражнений произвольно напрягаем ту или иную мышцу, у ее нервных окончаний выделяется микроскопически малая капелька вещества, которому 500 миллионов лет.

В последующих поколениях организмов начали мало-помалу обособляться каналы, специально приспособленные для доставки химических медиаторов. Однако не успели еще эти «водные пути сообщения» как следует оформиться и обеспечить хоть какую-то избирательную заадресовку медиаторов к тем или иным мышечным группам, произошло другое событие, биологическое значение которого оказалось неизмеримо большим.

Зарождение нервной системы

Каждое химическое явление имеет свой электрический «отблеск», сопровождается теми или иными колебаниями электрического потенциала. Ведь мы знаем, что само химическое сродство (например, стремление кислоты соединиться со щелочью или фосфора — с кислородом) имеет электрическую природу. В своей основе это есть общеизвестное из физики взаимное притяжение разноименных электрических зарядов. Не могли обойтись без такой электрической подкладки и явления медиаторного возбуждения. Тут и возбуждение рецептивных элементов, и действие медиатора на мышечные клетки, и само ответное сокращение этих клеток сопровождались изначала легкими, паутинными колебаниями электрического заряда, из всей нашей современной электротехники больше всего похожими по величине на колебания зарядов в антенне радиоприемника при приеме сигналов откуда-нибудь из Новой Зеландии.