Нервова система дощового черв’яка

Команда дощовий черв’як, звичайний анелід, який зустрічається в садах і на ґрунті по всьому світу, має просту, але ефективну нервову систему, яка служить моделлю для розуміння основних нервових функцій у складніших організмів. На відміну від хребетних з централізованим мозком, нервова система дощового черв’яка сегментована та децентралізована, що відображає його подовжену циліндричну структуру тіла.

На передньому кінці, відразу за ротом, лежить церебральний ганглій, який часто називають «мозком» дощового черв’яка. Ця структура направляє нервові волокна вниз по довжині хробака, утворюючи черевний нервовий тяж. Уздовж цього шнура в кожному сегменті тіла є ганглії або скупчення нервових клітин, які обробляють сенсорну інформацію та контролюють рухові функції, характерні для цього сегмента. Таке сегментоване розташування забезпечує координований рух і реакцію на подразники навколишнього середовища.

Нервова система дощового черв’яка також оснащена різними органами чуття, які виявляють зміни світла, температури, вологи та вібрації. Ці сенсорні дані дозволяють дощовому черв’яку орієнтуватися в підземному середовищі, уникати хижаків і шукати джерела їжі.

Таким чином, нервова система дощового черв’яка, хоча й проста порівняно з вищими організмами, виконує важливі функції, які дозволяють йому процвітати в середовищі існування. Його дослідження пропонує цінну інформацію про еволюційний розвиток нервових систем різних видів.

Нервова система дощового черв’яка

Таксономічно нервову систему дощового черв’яка можна поділити на три окремі компоненти:

1. Центральна нервова система (ЦНС): ЦНС є головним командним центром дощового хробака. До нього входить церебральний ганглій, розташований спереду відразу за ротом, який часто порівнюють з «мозком» у вищих організмів. Від цього ганглія вентральний нервовий тяж тягнеться поздовжньо, проходячи вздовж хробака. Цей шнур переривається сегментарними гангліями в кожному сегменті тіла, що сприяє локалізованій обробці та механізмам відповіді.
2. Периферична нервова система (ПНС): ПНС виконує роль каналу зв’язку між ЦНС та рештою тіла дощового черв’яка. Він складається з мережі нервів, що відходять від центрального нервового канатика та сегментарних гангліїв. Ці нерви іннервують різні частини тіла, передаючи сенсорну інформацію до ЦНС і передаючи рухові команди до м’язів та інших ефекторних органів.
3. Симпатична нервова система: Хоча термін «симпатичний» може викликати асоціації з вегетативною нервовою системою ссавців, у дощових черв’яків він відноситься до набору нервів, які в основному іннервують травний канал черв’яка. Ця система відіграє вирішальну роль у регулюванні травних процесів дощового черв’яка, забезпечуючи ефективне засвоєння поживних речовин і виведення відходів.

1. Центральна нервова система дощового черв’яка

Дощовий черв’як, представник кільчастих черв’яків тил, має центральну нервову систему (ЦНС), яка, хоч і здається рудиментарною, є складною та спеціалізованою для своєї екологічної ніші. ЦНС дощового хробака в основному складається з двох основних компонентів: нервового кільця та черевного нервового канатика.

a. Нервове кільце

Нервове кільце, яке також називають мозковим кільцем, оточує глотку, охоплюючи 3-й і 4-й сегменти дощового хробака. Ця коса структура служить первинним нейронним центром. Дорсальний відділ нервового кільця складається з мозкових або надглоткових гангліїв, які часто прирівнюють до «мозку» дощового черв’яка. Ці парні злиті ганглії розташовані дорсально в борозні між щовою порожниною та глоткою. На вентральній стороні нервове кільце містить підглоткові ганглії, які також злиті. Дорсальний і вентральний ганглії з’єднані між собою навкологлотковими або навкологлотковими сполучниками, завершуючи кільцеподібну структуру.

b. Вентральний нервовий канатик

Виходячи з підглоткових гангліїв, вентральний нервовий тяж тягнеться назад, проходячи по середній вентральній лінії до кінцевого кінця дощового черв’яка. Хоча він виглядає особливим, по суті, це злиття двох поздовжніх ниток. Починаючи з 5-го сегмента і далі, кожен сегмент демонструє гангліозне здуття, яке називається сегментарним ганглієм. Гістологічно цей подвійний нервовий тяж є суцільним і складається з нервових клітин і волокон. Він інкапсульований епіневрієм, захисною оболонкою зі сполучної тканини. Зовні від епіневрію лежить поздовжній шар м’яз волокон, додатково огорнутих вісцеральною очеревиною. Нервовий тяж містить як звичайні волокна, так і спеціальні гігантські волокна або нервові струни. Ці гігантські волокна, чотири в кількості (одне серединне, одне підсерединне та два латеральних), розташовані дорсально та сприяють швидкому проведенню нервових імпульсів уздовж нервового канатика. Їх орієнтація та функція різняться: бічні волокна проводять імпульси в передньо-задньому напрямку, тоді як серединні та підсерединні волокна сприяють задньо-передній провідності.

По суті, центральна нервова система дощового черв’яка з її нервовим кільцем і черевним нервовим шнуром є прикладом еволюційної адаптивності нервових структур. Його конструкція забезпечує ефективну сенсорну інтеграцію та рухову координацію, що дозволяє дощовому черв’яку процвітати в навколишньому середовищі.

2. Периферична нервова система (ПНС) дощового черв’яка

Дощовий черв’як, життєво важливий член групи кільчастих черв’яків, може похвалитися ретельно організованою периферичною нервовою системою (ПНС), яка взаємодіє з центральною нервовою системою (ЦНС) для забезпечення оптимальних сенсорних і моторних функцій. ПНС характеризується мережею нервів, які виходять із ЦНС і поширюються на різні ділянки тіла дощового черв’яка.

• Походження та поширення нервів: Мозкові ганглії, які часто називають «мозком» дощового черв’яка, дають початок 8-10 парам нервів. Ці нерви обслуговують головну порожнину, щічну порожнину та глотку. Крім того, навкологлоткові або навкологлоткові сполучні елементи, які є ключовими компонентами нервового кільця, виробляють 2 пари нервів. Вони в основному живлять перший сегмент і щічну порожнину. Підглоткові ганглії, розташовані вентрально, утворюють 3 пари нервів, які обслуговують 2-й, 3-й і 4-й сегменти. Крім того, кожен сегментарний ганглій, пов’язаний з вентральним нервовим канатиком, випускає 3 пари бічних нервів. Ці нерви мають стратегічне розташування: одна пара розташована попереду від щетинкового кільця, а дві — позаду, що забезпечує повну іннервацію сегмента, в якому вони знаходяться.
• Природа нервів: Усі нерви дощового черв’яка є змішаного типу, що означає, що вони охоплюють як аферентні (чутливі), так і еферентні (рухові) нервові волокна. Цей подвійний склад гарантує, що дощовий черв’як може як отримувати сенсорну інформацію з навколишнього середовища, так і відповідним чином реагувати за допомогою рухових дій. Крім того, наявність регулюючих або асоціативних нейронів додатково посилює інтегративні можливості ПНС.
• Функціональні наслідки: PNS відіграє ключову роль у взаємодії дощового черв’яка з навколишнім середовищем. Аферентні волокна передають сенсорну інформацію до ЦНС, що дозволяє дощовому черв’яку виявляти зміни в його оточенні. Навпаки, еферентні волокна передають рухові команди від ЦНС до ефекторних органів, полегшуючи рух та інші реакції. Адаптатори або асоційовані нейрони діють як посередники, обробляючи сенсорні дані та визначаючи найбільш прийнятну моторну реакцію.

Підсумовуючи, периферична нервова система дощового хробака з її складною мережею змішаних нервів є свідченням еволюційної витонченості нейронної організації безхребетних. Його конструкція забезпечує безперебійний зв’язок між ЦНС та рештою тіла, що дозволяє дощовому черв’яку вміло орієнтуватися в навколишньому середовищі.

3. Симпатична нервова система

Симпатична нервова система, критичний компонент вегетативної нервової системи, відіграє ключову роль у регуляції та координації функцій внутрішніх органів. Ця система характеризується складною мережею нервових сплетень, складно вбудованих у стінки травного каналу та деяких інших внутрішніх органів.

• Структурний склад: Основною ознакою симпатичної нервової системи є розгалужене нервове сплетення. Це сплетення не є ізольованим утворенням, а взаємопов’язане з іншими нейронними структурами. Зокрема, тонкі нерви встановлюють зв’язки між цим нервовим сплетенням і перфарингеальними з’єднувальними елементами, забезпечуючи безперебійну інтеграцію нейронних сигналів.
• Функціональна роль: Основною функцією симпатичної нервової системи є координація діяльності органів, які вона іннервує. Таким чином, він забезпечує гармонійне функціонування травного каналу та інших відповідних внутрішніх органів. Ця координація життєво важлива для таких процесів, як травлення, всмоктування та виділення, де синхронізовані дії різних частин органів необхідні для оптимального функціонування.
• Значення в Гомеостаз: Окрім простої координації, симпатична нервова система відіграє вирішальну роль у підтримці внутрішньої рівноваги або гомеостазу організму. Регулюючи діяльність травного каналу та інших органів, він забезпечує стабільність внутрішнього середовища, навіть коли зовнішні умови коливаються.

Підсумовуючи, симпатична нервова система з її складними нервовими сплетеннями та сполучними нервами є свідченням еволюційної складності нейронних систем. Його роль у координації функцій органів і підтримці внутрішньої стабільності підкреслює його значення в загальній фізіологічній структурі.

Механізм роботи нервової системи

• Нервовий склад: Дощові черв’яки мають як сенсорні, так і рухові нейрони. Нервовий ланцюг, який проходить поздовжньо через тіло, містить змішані нерви, що містять як чутливі, так і рухові волокна. Цей подвійний склад полегшує прийом сенсорної інформації та подальшу ініціацію рухових реакцій.
• Сенсорні шляхи: Сенсорні волокна походять з приймач клітини або органи чуття, розташовані в епідермісі. Ці волокна простягаються і закінчуються в вентральному нервовому канатику, складно розгалужуючись. Ці гілки утворюють синапси, або нейронні з’єднання, з руховими волокнами, створюючи безперебійний шлях зв’язку.
• Рухові шляхи: Рухові волокна виникають поблизу гілок чутливих волокон у вентральному нервовому канатику. Ці волокна виходять назовні, завершуючись м’язами. Коли подразник виявляється рецепторними клітинами, сенсорні імпульси проходять через сенсорні волокна до черевного нервового канатика. Потім ці імпульси передаються як рухові імпульси через еферентні волокна, що призводить до скорочення м’язів.
• Рефлекторна дуга: Шлях, по якому проходять сенсорні імпульси від рецептора до черевного нервового канатика, а потім до м’язів через рухові волокна, утворює рефлекторну дугу. Ця проста, але ефективна схема забезпечує швидку та правильну реакцію на подразники.
• Координований рух м’язів: Рух дощового черв’яка є результатом узгодженої дії його кругових і поздовжніх м’язів. Коли один набір м’язів скорочується, інший розслабляється, забезпечуючи плавне та ефективне пересування.
• Роль гігантських волокон: Нервовий канатик містить спеціальні гігантські волокна, які здатні проводити імпульси зі значно швидшою швидкістю, ніж їхні аналоги. Коли дощовий черв’як стикається з сильним подразником у певній точці, ці волокна сприяють швидкому скороченню всього тіла, дозволяючи дощовому черв’яку миттєво реагувати на потенційну загрозу.

Органи чуття дощового черв’яка

Дощовий черв’як, життєво важливий член типу кільчастих черв’яків, має низку органів чуття, які, незважаючи на просту структуру, здатні сприймати різноманітні подразники навколишнього середовища. Ці органи, в основному похідні від спеціалізованих ектодермальних клітин, відіграють вирішальну роль у взаємодії дощового черв’яка з його оточенням.

• Рецептори епідермісу: Поширені повсюдно по епідермісі дощового черв’яка, ці рецептори особливо рясні на бічній і черевній поверхнях. Кожен рецептор характеризується піднятою кутикулою, яка закриває скупчення високих стовпчастих рецепторних клітин. Зовні ці клітини мають волосоподібні відростки, а всередині вони з’єднані з нервовими волокнами. Охоплені стандартними підтримуючими клітинами епідермісу, ці рецептори в основному виконують тактильну функцію. Крім того, вони чутливі до хімічних подразників і коливань температури.
• Щічні рецептори: Розташовані виключно в епітелії щічної камери, буккальні рецептори нагадують епідермальні рецептори, але мають більш широкі зовнішні кінці. Сенсорні волоски цих рецепторів більш виражені і глибше розташовані. Крім того, рецепторні клітини розташовані глибоко ядро. Функціонально буккальні рецептори є смаковими та нюховими, вони добре реагують на хімічні подразники.
• Фоторецептори: Як випливає з назви, ці рецептори чутливі до світла і знаходяться переважно на спині дощового черв’яка. Їх концентрація найвища в ділянках простоміуму та перистомію, зменшується в міру просування назад і повністю відсутня в ділянці клітника. Кожен фоторецептор містить окремий овоїд осередок, що містить ядро ​​і прозору цитоплазму. У цитоплазмі присутня мережа нейрофібрил, а також прозора L-подібна лінза або фаосома. Ця лінза вловлює світло з різних напрямків, фокусуючи його на нейрофібрилах. Потім ці фібрили сходяться в аферентне нервове волокно, яке інтегрується з центральною нервовою системою. За допомогою цих фоторецепторів дощові черв’яки можуть розрізняти як інтенсивність, так і тривалість світла, допомагаючи їм орієнтуватися в підземних середовищах існування.

Підводячи підсумок, органи чуття дощового черв’яка, хоч і прості за будовою, пропонують всебічну сенсорну палітру, що дозволяє йому ефективно сприймати навколишнє середовище та реагувати на нього. Їх присутність підкреслює еволюційну адаптивність сенсорних механізмів у безхребетних.

1. http://www.soghracollege.com/img/Lectures30-05-2020/B.ScPart1Zoology-merged.pdf
2. https://www.onlinebiologynotes.com/nervous-system-of-earthworm/
3. https://rajusbiology.com/earthworm-nervous-system/

Функції нервової системи

Всі складні і різноманітні функції нервової системи здійснюються її анатомічними структурами. Причому області або структури нервової системи функціонують спільно. Нервова система являє собою морфологічний субстрат, який діє в межах всього тіла людини. Нервова система інтегрує (об’єднує) всі анатомічні структури (клітини, тканини, органи, системи і апарати органів) в єдине ціле. Ч. Шеррингтон сформулював основні принципи діяльності нервової системи у книзі «Інтегративна діяльність нервової системи» (від лат. Integer – цілий), поставивши на чільне саме інтегруючу функцію нервової системи. Вона координує всі функції організму і підтримує сталість його внутрішнього середовища, необхідне для виконання як фізичної, так і психічної діяльності. Нервова система відповідальна за зв’язок організму з зовнішнім середовищем і його відповідні реакції на впливи навколишнього світу, в тому числі і рух. Однією з найважливіших функцій нервової системи є запис, зберігання, упорядкування, переробка інформації та її витяг в міру необхідності.

Здійснення функцій нервової системи можливо завдяки функціональному об’єднанню її анатомічних структур у функціональні системи, кожна з яких включає всі анатомічні утворення, які беруть участь у виконанні певних функцій. Перерахуємо деякі з них. Лімбічна система – комплекс утворень, які об’єднують внутрішні краї кори півкуль великого мозку, регулює емоції. Сенсорна (від лат. Sensus – почуття, відчуття) система об’єднує рецептори (сприймають апарати) в органах почуттів і у власному тілі, які трансформують енергію подразнення (наприклад, світлових або звукових хвиль) в енергію нервового імпульсу; нерви, по яких імпульс направляється в центральну нервову систему; ядра (скупчення нейронів) в спинному і головному мозку, де відбувається перемикання цих імпульсів, і, нарешті, коркові центри. Сенсорні системи сприймають специфічні відчуття. Рухова система включає рухові центри кори великих півкуль, які запускають руху; базальні ганглії великих півкуль, мозочок, таламус (зоровий бугор), які координують руху; рухові нейрони спинного мозку, які передають команди, що надходять з рухового центру м’язам, і, нарешті, м’язи з їх нервовими механізмами, які здійснюють рух. Лімбічна, сенсорна і рухова системи тісно пов’язані між собою, бо відчуття, набуваючи емоційне забарвлення, призводять до руху.

Регуляторні системи включають гіпоталамус і гіпофіз, які здійснюють контроль інформації, що надходить з внутрішнього середовища організму, регуляцію всіх функцій організму і збереження сталості внутрішнього середовища через вегетативні нерви, гіпофіз і залози внутрішньої секреції. Системи, відповідальні за людські психічні функції (свідомість, мислення, мова, научіння, пам’ять, творчість, сексуальність) і поведінку, включають кору півкуль великого мозку і його стовбур. Ці системи функціонально пов’язані з попередніми.