Температура и нейроны: как теплокровность повлияла на развитие сознания

Птицы и млекопитающие имеют общую физиологическую особенность, которая отличает их от всех остальных животных. Это теплокровность. То есть они поддерживают постоянную температуру тела выше, чем окружающая среда, обычно 37 градусов Цельсия (98,6 градуса по Фаренгейту) у млекопитающих и 40 градусов Цельсия (104 градуса по Фаренгейту) у птиц.

Я считаю, что теплокровность сыграла двойную роль в эволюции сознания. С одной стороны, она привела к изменениям в образе жизни, которые сделали разум важным психологическим активом. С другой стороны, это подготовило мозг к передаче этой ценной способности.

Кратко о теплокровности. Как у млекопитающих, так и у птиц это физиологическое состояние, которое достигается за счет внутренней генерации тепла и наличия изолирующей шерсти или перьев для предотвращения теплопотерь. Ископаемые свидетельства показывают, что эта способность развилась независимо у динозавров, предков птиц, и цинодонтов, предков млекопитающих, примерно в одно и то же время, 200 миллионов лет назад, в период серьезных климатических потрясений.

Быть теплокровным накладно. Поддержание постоянной высокой температуры требует больших затрат энергии. При температуре 37 градусов человеческое тело теплее, чем среднегодовая температура любой среды обитания на Земле. Чтобы поддерживать такую температуру, человек должен есть почти в 50 раз чаще, чем удав аналогичного размера, и потреблять в 30 раз больше калорий в целом. Учитывая такие затраты, у теплокровности должны были быть большие преимущества, иначе этот признак никогда бы не сохранился в ходе эволюции.

На самом деле, преимуществ несколько. Во-первых, при повышении температуры различные процессы в организме становятся более эффективными с энергетической точки зрения, поэтому затраты частично компенсируются. В частности, затраты на передачу нервного импульса снижаются, пока не достигнут минимума при температуре около 37 градусов. В результате, хотя общие эксплуатационные расходы тела увеличиваются при теплокровности, затраты мозга снижаются. Это означает, что млекопитающие и птицы могут обладать более крупным и сложным мозгом с относительно небольшими дополнительными затратами энергии.

Отдельное преимущество заключается в том, что теплокровность обеспечивает защиту от инфекций, вызываемых грибками и бактериями. Холоднокровные животные, насекомые, рептилии и амфибии, страдают от грибковых инфекций. Но очень немногие паразитические грибки могут выжить при температуре выше 37 градусов. Это означает, что млекопитающие и птицы теперь в значительной степени свободны от них.

Однако тот факт, что теплокровность развилась в одно и то же время у двух классов животных, когда температура окружающей среды дико колебалась, говорит о том, что главным преимуществом было ни то, ни другое, а скорее более очевидное: она позволяла животным пережить климатические изменения и расширить географический ареал.

Холоднокровные животные не только вынуждены оставаться в относительно узких географических пределах, но и уровень их активности время от времени диктуется температурой окружающей среды. Когда солнце садится или скрывается за облаками, тело холоднокровного животного, например ящерицы, охлаждается, а мышцы и нервы замедляют работу. Если температура тела падает слишком сильно, животное становится вялым. Теплокровные животные, напротив, не зависят от температуры так сильно и поэтому они могут сохранять активность (питаться, общаться, передвигаться) днем и ночью, зимой и летом, высоко в горах или на равнинах. Ископаемые свидетельства говорят о том, что в период эволюции теплокровных многие холоднокровные виды, не справившись с колебаниями температур, вымерли.

Классический афоризм Клода Бернара: «Постоянство или стойкость внутренней среды является условием свободной жизни».

Теперь меня интересует, что означает «свободная жизнь» не только для тела, но и для разума. По мере того как тела теплокровных животных становились все более автономными, самодостаточными и независимыми от температуры вокруг, я полагаю, что и их самоощущение тоже. После миллионов лет, в течение которых жизнь их предков ограничивалась температурой окружающей среды, теплокровных словно спустили с поводка. Как телом, так и разумом они становились все более автономными существами, обладающими свободой идти куда и когда хотят.

Я понимаю Уильяма Джеймса, воспевающего индивидуальность человеческого разума: «Абсолютная изоляция, непреодолимый плюрализм — это закон. Кажется, будто элементарным психическим фактом является не мысль, та или иная, а моя мысль, причем каждая мысль принадлежит мне». Но изоляция как свойство разума, скорее всего, началась с изоляции как свойства тела. Действительно, вот снова Джеймс:

Все наше чувство духовной активности, или то, что принято этим называть, на самом деле является чувством телесной активности, точная природа которой большинством людей не осознается… Чтобы иметь «я», которое я могу осознать, природа должна сначала представить мне какой-то объект, достаточно интересный, чтобы я инстинктивно захотел присвоить его ради него самого.

Теплокровное тело — это объект, который должен был быть гораздо более интересным и достойным присвоения, чем холоднокровное.

Однако это была лишь половина дела. Я считаю, что изменения, которые теплокровность вызвала в отношении к телу и себе, должны были усилиться тем, что происходило на уровне физиологии мозга.

До сих пор я мало говорил о том, что именно может потребоваться на уровне нервных клеток для создания привлекающих факторов, ответственных за возникновение сознания. Я не буду делать вид, что готов предоставить подробную анатомическую и нейрофизиологическую модель. Тем не менее, если бы мне пришлось предложить эволюционное изменение мозга, которое способствовало бы созданию нейронных петель обратной связи, создающих ipsundrum (самогенерирующийся ребус) сознания, то это было бы:

1. увеличение скорости проводимости нервных клеток, эффективно сокращающее петли и делающее моторные и сенсорные области мозга ближе друг к другу
2.  уменьшение рефрактерного периода (времени ожидания) после активации нервной клетки, так что клетка может присоединиться к циклической повторной активации.

Разве совпадение, что повышение температуры мозга произошло одновременно с появлением этих двух эффектов? Функциональные характеристики нейронов меняются в зависимости от температуры, — это общепризнанный факт физиологии. Для целого ряда теплокровных и холоднокровных животных было установлено, что скорость проведения для всех классов нейронов увеличивается примерно на 5%, а рефрактерный период уменьшается примерно на ту же величину. Это означает, что когда предки млекопитающих и птиц перешли от холоднокровной температуры тела, скажем, 15 градусов Цельсия (59 градусов по Фаренгейту) к теплокровной температуре 37 градусов Цельсия, скорость их мозговых цепей увеличилась более чем в два раза.

Мы уже упоминали об «удачных случайностях», сыгравших роль в эволюции ощущений. Если теплокровность сыграла эти ключевые роли, во-первых, в изменении представлений животных об автономности «я», во-вторых, в подготовке мозга к появлению сознания, то здесь произошла счастливая случайность.

Источник