Размер зрачка, опять же, совершенно непроизвольно, т.е. рефлекторно, изменяется пропорционально силе света.
Рефлекторные действия, однако, отнюдь не только защитные. Акт глотания — рефлекторный. Так же как и секреция пищеварительных желез, когда слизистые оболочки желудка стимулируются присутствием пищи. Сам акт стояния зависит от рефлекторного принципа, тенденция тела к коллапсу и падению бессознательно воспринимается и корректируется спинным мозгом. Ходьба — это также рефлекторное действие. Можно возразить, что мы думаем о ходьбе и делаем это с намерением; но это обычный опыт, что мы можем идти, «думая о чем-то другом», и то, как интеллектуальный, хотя и рассеянный человек будет натыкаться на людей, врезаться в фонарные столбы, спотыкаться о ступеньки и наступать на собак, достаточно, чтобы освободить орган мысли и намерения от какой-либо доли в этом исполнении.
Кровяное давление также автоматически регулируется, причем как диаметр кровеносных сосудов, так и частота сердечных сокращений находятся под рефлекторным контролем; и мы можем, в качестве последнего примера рефлекторного действия, описать одно из самых совершенных и милосердных приспособлений Природы — обморок. Предположим, человек получает тяжелую рану — скажем, ему отсекают руку мечом — шок для его системы вызывает немедленное расширение крупных кровеносных сосудов брюшной полости; это приводит к сильному падению кровяного давления, и сердце, обнаружив, что ему приходится преодолевать гораздо меньшее сопротивление, замедляет свои удары, так что вскоре поток крови становится очень медленным. Следовательно, у него есть время свернуться над раной, и человек не истекает кровью до смерти. Кстати, слабый ток крови недостаточен для поддержания самого нежного органа тела, мозга, в его нормальном состоянии активности, и человек избавляется от своей боли бессознательным состоянием, которое проходит, когда сердце снова ускоряет свой ритм. Пожалуй, излишне замечать, что обмороки не всегда и не только вызываются ранами; они могут быть связаны со слабостью или другими причинами.
Теперь, если мы рассмотрим приведенные выше примеры, мы сможем вывести из них несколько общих принципов. Во-первых, можно заметить, что рефлекторное действие заставляет нас выполнять движения, необходимые для нашего существования, хотим мы того или нет. Не нам решать, будем мы дышать или нет. Мы должны. Самый волевой человек, который когда-либо жил, каким бы философом он ни был, не мог совершить самоубийство, задержав дыхание, как хвастался Катон, что может. Как только он терял сознание, если предположить, что ему удавалось продержаться до этого момента, отравленная кровь, омывающая дыхательный центр, пробуждала бы его к активности, и он начинал бы дышать снова. Опять же, заметно, что многие из этих действий никак не могли бы быть выполнены произвольным усилием. Мы можем, до определенной степени, регулировать глубину и частоту нашего дыхания, и мы можем моргать глазами добровольно; но средний человек был бы в полном недоумении, что делать, если бы его попросили заставить зрачок своего глаза расшириться и сузиться, железы своего желудка секретировать или свое сердце изменить свой ритм.
Это знакомый факт, что некоторые рефлекторные действия могут быть изменены усилием воли; другими словами, импульс от клетки мозга предотвратит разрядку нервной клетки в спинном мозге. Но это такой же знакомый факт, что при непрерывной стимуляции импульсы накапливаются и в конечном итоге преодолевают это сопротивление. Большинство людей когда-либо стремились сопротивляться склонности к кашлю, возникающей вследствие щекочущего ощущения в горле, и знают, что наступает время, когда они больше не могут сдерживаться. Это происходит потому, что накопленные стимулы из горла, достигнув большей силы, чем запретительный импульс от мозга, преуспевают в принуждении клеток в спинном мозге к разрядке.
Наконец, рефлексам можно научиться. Когда маленький ребенок впервые пытается встать прямо, ощущение падения, несомненно, передается в мозг, и обдумывается, как можно сохранить вертикальное положение. Но только после многих экспериментов и неудач клетки мозга могут посылать сообщения к нужным клеткам в спинном мозге, а те приводят в движение необходимые мышцы. Опыт учит, что нужно делать, и постоянная практика в конечном итоге позволяет спинному мозгу действовать самостоятельно, не обращаясь за приказами к мозгу. По тому же принципу мы учимся ездить на велосипеде. Сначала мы должны посвятить все свое внимание сохранению равновесия, но через короткое время мы обнаруживаем, что делаем это, а наш ум свободен созерцать пейзаж.
То, что может быть сделано рефлекторным действием, можно оценить, только наблюдая за животным, у которого был удален мозг. Лягушка, с которой поступили таким образом — операция, следует сказать, если выполняется под анестезией, не может причинить боли ни в момент, ни после — будет жить неделями — фактически, почти бесконечно — если принять надлежащие меры предосторожности. Но это автомат в чистом виде. Если ее не трогать, она сидит абсолютно неподвижно. Если ее тронуть, она прыгает один или два раза прямо вперед, невзирая на препятствия. Если поместить в воду, она плавает, так же невзирая на препятствия. Если перевернуть на спину, она немедленно возобновляет свое нормальное положение. Если на ее спину положить маленькие щепки дерева, она сбрасывает их. Если стол, на котором она сидит, наклонить, она будет ползти вверх по склону, пока не достигнет уровня. Но она умрет с голоду посреди изобилия, потеряв всякую способность к мышлению, памяти и восприятию. Если старательно кормить с рук, лягушка, рыба или птица будут жить долгое время без какого-либо мозга, поскольку их репертуар движений мал и по большей части рефлекторен, а поводов для обдуманного действия сравнительно немного. Но чем выше мы поднимаемся по шкале жизни, тем больше мозг берет на себя обязанности спинного мозга, тем менее автоматическими становятся большинство действий, и, следовательно, тем более открытым становится поведение животного для моральной критики.
III.
Мы теперь видели, как протоплазма существует в большом теле, разделяя работу жизни между специализированными клетками, и как она реагирует в целом на влияния, оказываемые на нее окружающей средой. Следующее, что нужно рассмотреть, — это как она расположена по отношению к материи, которая не является частью ее собственного тела; как защищена от остальной вселенной и как приведена в сообщение с ней.
Что касается первого, мы видели, что в отдельных клетках, составляющих одноклеточные организмы, всегда есть ограничивающая мембрана более плотной текстуры, чем остальная протоплазма. По мере того как клетка развивает свои способности, вокруг нее секретируется оболочка или футляр из неживой материи с отверстиями для сообщения с внешним миром, и обеспечивается все более эффективная защита по мере того, как протоплазма, будь то в отдельной клетке или в организме, покидает воду и должна противостоять невзгодам земной жизни.
Диаграмма 48. — Показывает формирование кожи.
Диаграмма 49. — Структура кожи.
В схематическом эмбрионе (Диаграмма 6) и других диаграммах, содержащихся в этом томе, кожа до сих пор представлялась состоящей из одного слоя живых клеток; но мы должны теперь признать, что кожа человека совсем другая. Такое покрытие не было бы защитой от жары, холода или раздражающих химических веществ, в то время как, чтобы предотвратить ее высыхание, ее пришлось бы поддерживать влажной со слизью, и мы выглядели бы очень похоже на лягушек. Чтобы обеспечить адекватную защиту организма, этот слой клеток делится тангенциально, образуя два слоя. Внутренний из этих двух затем снова делится тангенциально, и второй слой вставляется между самым внутренним и тем, что был сформирован первым. Кожа теперь состоит из трех слоев, и так процесс повторяется, пока она не станет толщиной в несколько слоев. (См. Диаграмму 48.) Именно самый внутренний и лучше всего питаемый слой продолжает делиться; другие слои, по мере того как они выталкиваются наружу, достигаются лишь небольшим количеством лимфы, которая фильтруется между клетками, и в конечном итоге лишаются даже этого. Однако по мере того, как они отодвигаются от делящегося слоя, они начинают окружать себя роговой стенкой, которая утолщается и утолщается, пока в конечном итоге почти не остается никакой клетки. (См. Диаграмму 49.) Наконец, клетки умирают, и роговые оболочки образуют мертвую кутикулу, защищающую живые слои под ними, и в конечном итоге отслаиваются, когда их преемники готовы заменить их.
Диаграмма 50. — Показывает развитие волос.
Даже рогового слоя мертвых клеток, однако, не всегда достаточно для защиты, и растущий слой иногда должен дополнять его волосами или перьями. Как развиваются волосы, показано на прилагаемой диаграмме (50). Растущий слой посылает прядь прямо вниз в соединительную ткань, которая образует фундамент кожи. Клетки в середине этой пряди, которая ведет себя как обычная кожа, наименее хорошо питаются и, соответственно, умирают и оставляют трубку. Эта трубка, если бы дальнейшего развития не произошло, могла бы стать потовой железой; но если она должна дать начало волосу, она становится чашеобразной у основания, окружая небольшую петлю кровеносного сосуда. Клетки прямо над капилляром, будучи лучше питаемыми, чем остальные, растут быстрее своих соседей, и результатом является то, что столбик клеток, который мы знаем как волос, проталкивает свой путь вверх через трубку. (См. Диаграмму 50.)
Этот внешний слой везде проходит между основной массой тела и внешним миром. Волосы и потовые железы отнюдь не представляют собой единственные его модификации. Зубы формируются из него несколько таким же образом, как волосы, в то время как мы уже видели, что он дает начало всей нервной системе.
Следующее, что мы должны рассмотреть, — это как знание о внешнем мире достигает центральной нервной системы. Ощущения прикосновения, температуры и боли довольно легко понять, поскольку нервы, которые передают такие впечатления, имеют многочисленные окончания в коже. Концевые органы нервов в суставах и мышцах, несомненно, позволяют животному воспринимать и оценивать напряжение и сопротивление при движении или поднятии вещей. Но способность воспринимать химические особенности вещей; свет, включающий формирование визуальных образов, который мы называем видением; звук; а также положение и равновесие — не может обладать вся поверхность тела. Принцип разделения труда распространяется на задачу восприятия так же, как и на задачу движения; и клетки, с их свойством реагировать на свет, вибрацию, химическую стимуляцию и т. д., группируются вместе, чтобы сформировать специальные органы, соединенные с центральной нервной системой специальными нервами.
Возможно, наиболее важным фактором, который может влиять на протоплазму, является химическая природа ее окружения; и в первом эссе, об общей природе протоплазмы, мы коснулись того, как она притягивается к некоторым веществам и отталкивается другими.
В организме есть два набора клеток, уполномоченных действовать за остальных в этом отношении. Один набор расположен в мембране, выстилающей нос, через которую проходит воздух, которым мы дышим; и эти клетки исследуют наше газообразное окружение и предупреждают нас, тем, что мы называем «обонянием», подходит ли атмосфера для нас или нам лучше поискать более чистую. Другой набор предназначен для исследования жидкостей. От них мы защищены нашей кожей, и, поскольку мы ничего не поглощаем через нее, она лишена способности исследовать вещи, к которым прикасается. Но с нашей пищей все иначе; мы должны иметь способность проверять ее. Соответственно, в нашем рту есть таможенные чиновники в виде небольших групп клеток, которые сообщают о жидкостях и твердых веществах, увлажненных слюной, и позволяют животному отвергать вредный импорт. Таким образом, стимуляция небольшой части протоплазмы, составляющей тело, передается по всему организму и способна пробудить в нем необходимую реакцию.
Диаграмма 51.
Диаграмма 52.
Диаграмма 53.
Диаграмма 54.
Диаграмма 55.
Диаграмма 56.
Так много о химических органах чувств; они сравнительно просты. Но между отдельной клеткой, которая всегда движется к лучу света или всегда спешит прочь от него, проходящего через воду, в которой она плавает, и животным с глазами, способными распознавать цвет, форму, размер и расстояние объектов в пространстве, действительно кажется, что существует широкая пропасть. Она, однако, не слишком широка, чтобы быть преодоленной.
После того как стадия одной клетки пройдена, и у нас есть существа, состоящие из внутреннего слоя клеток, который является пищеварительным по функции, и внешнего слоя, который является защитным, двигательным и сенсорным, способность воспринимать свет, несомненно, возложена на внешний слой. Когда мы получаем существ, состоящих из трех слоев, продвигающихся по прямому пути развития, который ведет к человеку, мы обнаруживаем, что внешний слой становится слишком непрозрачным для этой цели, и факел передается сенсорной трубке, производной от него. (См. Диаграмму 5.) По мере того как требуется все больше и больше защиты, кожа утолщается, и нервная трубка начинает лежать глубже, как на Диаграмме 51. Чтобы не потерять свет совсем, она должна выбросить зачатки, которые концентрируют в себе особую способность воспринимать его, и в то же время маленькие ямки формируются в коже прямо над ними, чтобы помочь свету достичь их. (См. Диаграмму 52.) На Диаграмме 53 развиваются возможности как нервных элементов, так и покровов; и на Диаграмме 54 была подготовлена большая поверхность для приема света и сформирована линза для фокусировки лучей на ней. Диаграммы 55 и 56 дают завершающие стадии развития глаза: формирование роговицы и ее защитных век. Две полости заполнены прозрачными жидкостями, а все глазное яблоко поддерживается соединительной тканью.
Настолько увлекательно все, что связано с глазом, что искушение описать его подробно велико; но в книге грубых очертаний и ввиду многих важных вопросов, еще ожидающих своей очереди, мы должны ограничиться кратким упоминанием нескольких наиболее важных моментов, касающихся его. Свет фокусируется линзой на нервной занавеске сзади и создает там картину, как в фотографической камере. Таким образом мы воспринимаем форму объектов. Различные лучи спектра воздействуют на различные элементы в этой занавеске или сетчатке, благодаря чему мы получаем ощущения цвета. Наконец, четкость картины, ее размер, степень схождения двух глаз и усилие фокусировки — ибо кривизна поверхности линзы может быть изменена — позволяют нам оценивать размер и расстояние объекта. И теперь, хотя потребовались бы тома, чтобы воздать должное физиологии зрения, мы должны перейти к столь же краткому рассмотрению функций этого не менее важного органа — уха.
Существенная часть уха — это перепончатый мешок, образованный выпячиванием внешнего слоя клеток — как показано на Рис. 1, 2 и 3 Диаграммы 57 — который начинает лежать в костной камере под черепом и принимает несколько сложную форму, изображенную на Рис. 4. У нас нет времени, и для нашей цели не является необходимым прослеживать все шаги в развитии уха, как внешнего, так и внутреннего, и нам не нужно тратить много времени на его структуру, помимо указания его положения. Но его положение, которое показано на Диаграмме 58, должно быть понято, чтобы понять, как на него влияет звук.
Диаграмма 57. — Показывает развитие перепончатого лабиринта уха.
U, Маточка; C, улитка; S, мешочек; S.C., полукружные каналы.
Будет видно, что перепончатый мешок, который справедливо называется лабиринтом, расположен в костной полости, которая прилегает так плотно, что называется костным лабиринтом (C). Перепончатый лабиринт заполнен жидкостью, называемой эндолимфой, а костный лабиринт (C) также заполнен жидкостью, называемой перилимфой, в которой плавает перепончатый мешок. Все это называется внутренним ухом. Внутреннее ухо сообщается со второй полостью — средним ухом (B) — двумя отверстиями в костной стенке, которые закрыты мембранами. Среднее ухо заполнено не жидкостью, а воздухом и отделено от внешнего уха, полости, обозначенной A, которая открыта во внешний мир, другой мембраной, называемой тимпанумом, или барабанной перепонкой уха. Среднее ухо соединено трубкой с горлом, так что давление воздуха по обе стороны барабанной перепонки может быть одинаковым.
Диаграмма 58. — Показывает положение уха.
A., Внешнее ухо; B., среднее ухо; C., внутреннее ухо.
Теперь, цель этого устройства состоит в том, чтобы ухо могло выполнять одну из своих главных обязанностей, а именно восприятие звука. Звук, как читатель, несомненно, знает, передается через воздух как волны сжатия и разрежения, из-за раскачивания вперед и назад его частиц; это напоминает передачу толчка вдоль линии вагонов на железной дороге, когда локомотив наезжает на последний перед сцепкой. Величину этого колебания мы воспринимаем как громкость, частоту — как высоту ноты. Теперь, когда волны звука ударяются о барабанную перепонку уха, они заставляют ее вибрировать вперед и назад тоже. Предположим, не было бы среднего уха, и звуковые волны били бы непосредственно по перепончатым окнам внутреннего уха, они не могли бы быть заставлены вибрировать, так как позади них жидкость, а жидкости несжимаемы; поэтому, чтобы движения барабанной перепонки могли быть переданы жидкостям внутреннего уха, они переносятся через среднее ухо цепью маленьких косточек, которыми их объем сокращается, но их сила увеличивается, и они направляются на одно только из двух отверстий. Следствием этого является то, что мембрана, закрывающая его, способна вибрировать и передавать вибрации жидкости внутри, так как когда она вдавливается, мембрана, покрывающая другое отверстие, выталкивается наружу.
Диаграмма 59. — Полукружные каналы.
Точно, как различные части перепончатого лабиринта способствуют нашему восприятию звука, мы не совсем знаем. Кажется, как будто разница давления в мешочке и маточке первоначально передавала мозгу ощущение шума без какого-либо представления о качестве, в то время как улитка была развита позже для анализа звуков и предоставления информации о высоте и тоне. Играет ли остальная часть лабиринта дольше роль в восприятии звука, мы не можем сказать с уверенностью; но кажется довольно определенным, что улитка — это орган для приема музыкальных впечатлений. Здесь, опять же, однако, мы в недоумении, ибо мы не знаем с уверенностью, как действует улитка. По форме это длинная трубка, и в голове она свернута спирально — как раковина улитки на вид. Вдоль всей ее длины находится гребень клеток с короткими волосками, выступающими с их внутренней поверхности в жидкость, которую она содержит; и к клеткам вдоль этого гребня распределена ветвь слухового нерва. Но относительно того, реагирует ли одна из клеток вдоль этой клавиатуры на каждую из нот, которые мы можем различить, или они подвергаются воздействию в целом, физиологи еще не пришли к согласию.