Морфофизиологическое совершенствование органов птиц в связи с развитием их рассудочной деятельности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.13, доктор биологических наук Воронов, Леонид Николаевич

• Воронов, Леонид Николаевич
• доктор биологических наук
• 2004

Оглавление диссертации доктор биологических наук Воронов, Леонид Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Значение совершенствования (прогресса) в биологии.

1.2. Проблемы системогенеза в биологии.

1.3. Эволюция поведения животных.

1.4. Эволюция головного мозга животных.

1.5. Морфофизиологические особенности у синантропных и одомашненных птиц.

1.6. Особенности биологии изученных птиц.

Глава 2. СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Материалы и методы исследований

2.2. Результаты собственных исследований.

2.2.1. Особенности постнатального онтогенеза конечного мозга птенцов серой вороны

2.2.2. Структурно-функциональная специфичность головного мозга у различных экологических групп птиц.

2.1. Морфофизиологические особенности птиц с низко развитой рассудочной деятельностью

2.2. Особенности качественной и количественной характеристики цитоархитек тоники основных полей стриатума

2.3. Особенности структурно-функциональных комплексов мозга.

2.4. Морфофизиологические особенности птиц с высоко развитой рассудочной деятельностью.

2.5. Особенности качественной и количественной характеристики цитоархитектоники основных полей стриатума

2.6. Особенности структурно-функциональных комплексов мозга.

2.7. Морфофизиологические особенности головного мозга у экологических групп птиц.

2.8. Особенности качественной и количественной характеристики цитоархитектоники основных полей стриатума

2.9. Особенности структурно-функциональных комплексов мозга.

2.10. Сравнительный анализ структурно-функциональных комплексов птиц.

2.2.3. Структурно-функциональная специфичность основных органов у различных экологических групп птиц

3.1.Особенности структурно-функциональных комплексов зерноядных птиц

3.2. Особенности структурно-функциональных комплексов насекомоядных птиц.

3.3. Особенности структурно-функциональных комплексов всеядных птиц.

3.4. Сравнительный анализ стрктурно-функциональных комплексов экологических групп птиц.

2.2.4. Особенности ферментного, иммунного профиля крови и спектрометрии мышечной ткани у различных экологических групп птиц.

2.2.5. Морфофизиологические особенности у синантропных птиц.

5.1. Особенности качественной и количественной характеристики цитоархитектоники основных полей стриатума

5.2. Особенности структурно-функциональных комплексов мозга.

2.2.6. Морфофизиологические особенности у родственных домашних и диких птиц.

6.1. Особенности качественной и количественной характеристики цитоархитектоники основных полей стриатума

6.2. Особенности структурно-функциональных комплексов мозга.

6.3. Особенности ферментного, иммунного профиля крови и спектрометрии мышечной ткани у родственных домашних и диких птиц.

ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ГЛАВА 4. ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

4.1. Выводы.

4.2. Практические предложения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Морфофизиологическое совершенствование органов птиц в связи с развитием их рассудочной деятельности»

Актуальность исследований. Идея о ведущей роли поведения в формировании и эволюционном преобразовании видов давно существует в биологии. Однако лишь в настоящее время благодаря развитию поведенческой экологии и детальному изучению биоценотических связей организмов удаётся получить фактические подтверждения этой точки зрения. Изменение постоянства экологических условий каждого класса позвоночных приводит к необходимости выработки новых форм адаптаций. Один из таких путей -развитие мозга, приведший к возникновению и прогрессивной эволюции рассудочной деятельности. Последняя вместе с другими формами высшей нервной деятельности дала большие преимущества в борьбе за экологическую сферу обитания между таксономическими группами животных (JI.B. Кру-шинский, 1986). H.H. Иорданский (1988) предложил следующие критерии морфофизиологического совершенствования или прогресса: 1) дифференциация; 2) интеграция; интенсификация функций (в том числе повышение интенсивности обменных процессов и энергии жизнедеятельности организма); 3) повышение уровня гомеостаза; 4) рост объёма информации, извлекаемой организмом из внешней среды, и совершенствование способов её обработки.

Опираясь на данные критерии, важно установить конкретные морфо-физиологические закономерности совершенствования органов птиц. Для этого необходимо учитывать, что целесообразность структурной организации и поведения определяется соответствием объёмов информации о потребностях животных и о возможностях их удовлетворения (П.В. Симонов, 1997). Основные и первоочередные потребности животных связаны, конечно, с добычей пищи. Н.П. Воронов (1976) утверждал, что стратегии пищедобыватель-ного поведения - это сформировавшиеся в процессе эволюции действия, предназначенные для оптимизации определённых видов пищедобывательно-го поведения с точки зрения связанных с ним затрат и выгод. Из этого следует, что прогрессивное развитие животных должно сопровождаться в первую очередь развитием центральной нервной системы и максимальной всеядностью. Животные, обладающие этими качествами, действительно прогрессируют в настоящее время (врановые птицы, крысы и т.д.). Следовательно, определяя черты прогрессивного развития этих двух основных систем органов у разных животных, мы можем решать сложные конкретные биологические проблемы, например, синантропизации, доместикации и т.д. При этом необходимо учитывать, в какой мере остальные системы органов способствуют совершенствованию организмов.

Многочисленные исследования JI.B. Крушинского и его школы позволили установить, что элементы рассудочной деятельности как «способность к улавливанию эмпирических законов, связывающих предметы и явления внешнего мира для построения на этой основе адаптивного поведенческого акта в новой для животного ситуации» присутствуют у животных разных систематических групп. Так, З.А. Зориной (1984) было установлено, что элементарная рассудочная деятельность врановых птиц выше, чем у хищных млекопитающих, и вполне сопоставима с таковой дельфинов и низших обезьян. По последним данным З.А. Зориной и И.И. Полетаевой (2001), вороны способны сохранять информацию о числовых параметрах стимулов не только в форме образных представлений, но и в некой отвлечённой и обобщённой форме и связывать её с ранее нейтральными для них знаками - цифрами. Таким образом, не только у высших приматов, но и у некоторых птиц довербальное мышление достигло в своём развитии того промежуточного этапа, который, по мнению JI.A. Орбели (1949), обеспечивает возможность использования символов вместо реальных объектов и явлений и в эволюции предшествовал формированию второй сигнальной системы. Получает новое подтверждение впервые высказанное JI.B. Крушинским (1986) представление о том, что существует параллелизм в эволюции высших когнитивных функций птиц и млекопитающих - позвоночных с разными типами сруктурно-функциональной организации мозга. При этом важно отметить, что конечный мозг эволюционировал у птиц не за счёт новой коры, как у млекопитающих, а за счёт подкорковых образований стриатума, часть которых, по мнению ряда авторов, свойственна только классу птиц. Впервые Л.В. Кру-шинский в вышеуказнной работе чётко сформулировал, что прогресс мозга позвоночных сопровождается возрастанием двух связанных между собой качеств - структурной дискретности и функциональной и структурной избыточности. Л.С. Богословская (1986) на качественном уровне установила, что, несмотря на различия в пространственной организации нейронных сетей стриатума птиц и новой коры млекопитающих, их становление и развитие в эволюции определяют одни и те же морфологические закономерности. Прогрессу ЦНС высших позвоночных животных сопутствуют следующие морфологические показатели: 1) увеличение общего числа нейронов, клеточных популяций и переходных форм между ними; 2) рост всех видов тканевого и клеточного полиморфизма в пределах каждого типа нейронных сетей; 3) формирование сложных надклеточных структурно-функциональных единиц или модулей обработки информации. Однако количественных и качественных данных, подтверждающих эти положения, как в отечественной, так и в зарубежной литературе крайне недостаточно. Продолжая уточнять данные критерии у птиц с различно развитой рассудочной деятельностью, важно показать связь мозговых структур с остальными органами данного класса животных.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось изучение структурно-функциональных особенностей головного мозга и других органов птиц во взаимосвязи с их рассудочной деятельностью. Для реализации настоящей цели поставлены следующие задачи:

1. Установить у птиц с различно развитой рассудочной деятельностью морфологические отличия цитоархитектоники и закономерности надклеточ-ной организации в эволюционно старых и молодых полях стриатума.

2. Разработать универсальные для морфофизиологии методики подсчёта и выявления разнообразия нервных клеток и надклеточных структур в основных полях стриатума головного мозга птиц.

3. Выработать критерии оценки степени морфофункционального развития головного мозга и других жизненно важных органов у птиц на основании разработанных нами методик.

4. Изучить закономерности совершенствования структур конечного мозга во взаимосвязи с другими органами у различных экологических групп птиц, используя метод структурно-функциональных комплексов.

5. Оценить количественно-качественные соотношения изучаемых структурных признаков и их корреляции с уровнем функциональной организации ЦНС высших позвоночных животных.

6. Определить значение рассудочной деятельности для синантропиза-ции птиц в связи с развитием их мозговых структур и учётом различных стратегий внедрения в антропогенные ландшафты.

7. Выявить закономерности развития рассудочной деятельности у диких видов птиц и их родственных домашних пород.

8. Проанализировать специфичность ферментного, иммунного спектра крови и концентрации тяжёлых металлов в мышечной ткани у экологически разных групп, родственных домашних и диких птиц.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Рассудочная деятельность птиц, как и других позвоночных, характеризуется разнообразием проявлений. Она представляет собой не просто способность к решению того или иного частного типа задач, но и системное свойство мозга, адекватно определяемое уровнем его структурно-функциональной организации.

2. Наиболее эволюционно продвинутые представители класса птиц -врановые, обладают способностью к осуществлению разнообразных, а, следовательно, адаптивных функций, которые сопоставимы с таковыми других высших позвоночных животных

3. Прогрессивные изменения структуры в конечном мозге птиц сопровождаются: во-первых, увеличением количества и размеров нейроглиальных комплексов; во-вторых, уменьшением линейных размеров одиночных клеток во всех полях стриатума; в-третьих, вариабельностью числа и разнообразя одиночных нейронов.

4. По мере усложнения пищедобывательного поведения у птиц происходит разделение корреляционных связей параметров мозговых структур от морфофизиологических показателей остальных жизненно важных органов.

5. Существует выраженная причинно-следственная связь между качеством среды обитания и специфичностью ферментного, иммунного профиля крови, концентрацией тяжёлых металлов в мышечной ткани у различных экологических групп, родственных домашних и диких птиц.

Научная новизна. 1.Впервые проанализированы морфофизиологи-ческие особенности цитоархитектоники головного мозга и других органов домашних и диких родственных птиц, а также структурно-функциональная специфика таких же параметров синантропных птиц.

2. Разработан метод структурно-функциональных комплексов систем органов животных, с помощью которого изучены пути совершенствования основных органов птиц.

3. Выявлены морфофизиологические закономерности развития головного мозгаптенцов серой вороны в постнатальном онтогенезе.

4. Впервые подсчитано количество нервных клеток и комплексов в конечном мозге у птиц с различно развитой рассудочной деятельностью с использованием предложенной нами оригинальной методики.

5. Экспериментально доказано наличие неизвестных ранее взаимосвязей условий природной среды, а также ферментного, иммунного спектра их крови и уровня тяжёлых металлов в мышечной ткани у экологически разных групп, родственных домашних и диких птиц.

Новизна полученных научных данных подтверждена приоритетами изобретений: 2003100177/13(000043) от 04.01.2003 и № 2002124688/20(026086) от 03.02.2003.

Практическая значимость. Полученный материал может послужить основой для дальнейшего изучения механизмов элементарного мышления, в частности, некоторых аспектов стратегий решения птицами элементарных логических задач, исследования степени сходства данных задач у представителей разных таксономических групп животных, а также для более детального изучения закономерностей формирования рассудочной деятельности в филогенезе. Этот аспект особенно актуален актуален при разработке программы рационального природопользования (создания методов управления поведением в условиях антропогенной трансформации среды, сопровождающейся резким возрастанием численности врановых и наносимого ими ущерба). Представленные данные несомненно важны и для выявления физиологических основ экологической пластичности поведения птиц. Полученный в работе материал и сделанные на его основе теоретические обобщения используются в лекционных курсах по физиологии высшей нервной деятельности и зоопсихологии в ГОУ ФПО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова», а также по зоологии позвоночных и гистологии с основами эмбриологии в ГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И.Я. Яковлева».

Апробация работы. Материалы работы были доложены и представлены на Международной конференции по зоогигиене (Санкт-Петербург, 2002); VIII - X Всесоюзных орнитологических конференциях (Кишинёв, 1981; Ленинград, 1986; Витебск, 1991); XI Всероссийской орнитологической конференции (Казань, 2001); на II - V Всесоюзных и Всероссийских совещаниях по экологии врановых птиц (Липецк, 1989; Ставрополь, 1992; Казань, 1996, Саранск, 2002); VII - XV Всероссийских конференциях памяти профессора A.A. Любищева (Ульяновск, 1995 - 2003); Всероссийской конференции по особо охраняемым природным территориям (Чебоксары-Казань, 2002); на региональной конференции экологов Волжско-Камского края (Казань, 1995); заседании Чувашского отделения физиологического общества России им. И.П. Павлова (Чебоксары, 2003); научных сессиях аспирантов и докторантов ГОУ ВПО «ЧГПУ им. И .Я. Яковлева» (Чебоксары, 1991-2004); расширенном заседании кафедры зоологии и экологии ГОУ ВПО «ЧГПУ им. И.Я. Яковлева» (Чебоксары, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 60 работ, в том числе 11 в научных и научно-технических журналах, рекомендованных для публикации основных результатов диссертационных исследований на соискание учёной степени доктора наук; 4 монографии и имеется 2 приоритета изобретения.

Список литературы диссертационного исследования доктор биологических наук Воронов, Леонид Николаевич, 2004 год

1. Поведение, которое строится по наследственно обусловленной программе и не требует для своего развития специального обучения или тренировки. В целом соответствует врождённым, или инстинктивным действиям.

2. Поведение, которое формируется постепенно, по мере накопления индивидуального опыта. Это различные формы привыкания и обучения.