Двадцать чувств

Сколько органов чувств? Некоторые говорят, что пять. Здесь мы описываем шесть (осязание, слух, равновесие, зрение, вкус и обоняние). Другие говорят о 10, 12, даже 20 и более чувствах.
Почему так много разногласий? Одна из причин заключается в том, что сенсорные системы взаимодействуют друг с другом, что затрудняет определение того, где заканчивается одна и начинается другая.
Другая причина заключается в том, что вы можете разделить чувства по-разному в зависимости от того, как вы на них смотрите. Модель «пяти чувств» основана на том, где в теле расположены сенсорные клетки: глаза, рот, нос, ухо и кожа. Модель «двадцати чувств» основана на количестве специализированных типов клеток, типах сигналов, которые их активируют, и типах реакций, которые они вызывают.
Читайте дальше, чтобы узнать, как небольшое количество сенсорных рецепторов можно использовать несколькими способами для обнаружения различных типов информации из окружающей среды.

Чтобы узнать больше о перекрестных помехах между сенсорными системами, посетите Сенсорные системы работают вместе.

Модель пяти чувств основана на том, где в теле расположены сенсорные клетки: глаза, рот, нос, ухо и кожа.

Общим для всех органов чувств является то, что они собирают некоторую информацию из окружающей среды и преобразуют ее в сигнал, который может передаваться в мозг.
Сенсорные системы могут быть самыми разнообразными по своей специализации, но на самом базовом уровне есть всего несколько типов сигналов, которые животные могут улавливать из окружающей среды: свет, движение, химические вещества и температура. Каждый из этих сигналов улавливается сенсорным рецептором другого типа — специализированной белковой молекулой.

Свет
Любое животное, способное обнаруживать свет, делает это с помощью белков, называемых опсинами. Когда фотон (наименьшая обнаруживаемая единица света) сталкивается с молекулой опсина, белок поглощает его энергию и временно меняет форму. Это первый шаг в сигнальной цепи, которая в конечном итоге достигает мозга (или, у некоторых других животных, более простого центра управления).
Независимо от того, обнаружены ли они у муравья, коровы или гигантского кальмара, все белки опсинов имеют сходные аминокислотные последовательности и одинаковую форму, и все они имеют встроенную молекулу витамина А.

Движение
Белки, чувствительные к движению, реагируют на механические сигналы — движение, растяжение или вибрацию. Большинство из них представляют собой каналы, проходящие через клеточную мембрану. Активация посредством растяжения или движения заставляет каналы открываться, позволяя проходить ионам (заряженным молекулам).
Клетки, обнаруживающие движение, как правило, имеют специализированные структуры, которые помогают им улавливать очень специфический тип сигнала.

Химикаты
Химически-чувствительные белковые рецепторы активируются посредством физического взаимодействия с определенными типами молекул. Через механизм «замок-ключ» молекула определенной формы прикрепляется к своему рецептору.
В одних случаях (прямая активация) это взаимодействие открывает канал в клеточной мембране, а в других (непрямая активация) вызывает активацию другого белка внутри клетки, несущего сигнал.

Температура
Датчики температуры представляют собой модифицированные версии химических датчиков. Вместо того, чтобы реагировать на взаимодействие с другими молекулами, они меняют форму в зависимости от температуры.
Некоторые чувствительные к температуре белки активируются как температурой, так и химическими веществами. Во рту они реагируют на молекулы «горячего» перца и «прохладной» мяты точно так же, как на горячие и холодные температуры.

Один и тот же тип белкового рецептора может использоваться для разных целей, иногда у одного и того же животного. В каждом сенсорном органе рецепторы находятся в определенном контексте — клетки различной формы или окружающие структуры, которые усиливают или точно настраивают сигналы. В зависимости от контекста рецепторы могут обнаруживать разные типы информации, и в зависимости от того, как она поступает в мозг, эта информация может использоваться для разных целей.
Вы можете рассматривать каждое из этих слов в разном смысле.

Свет
Люди настолько полагаются на зрение, что часто приравнивают обнаружение света к видению. Но у многих животных обнаружение света также важно для определения времени суток (циркадных ритмов) и времени года.
Циркадные ритмы важны для регулирования циклов поведения, например, когда спать и когда есть. Время года важно для понимания таких вещей, как время спаривания и время спячки.

Коралловые полипы используют белки опсин, чтобы ориентироваться на солнце и координировать высвобождение яйцеклеток и сперматозоидов. Изображение предоставлено: GP Schmahl, менеджер NOAA FGBNMS.

Движение
Чувства, основанные на обнаружении движения (механорецепция), включают слух, чувство равновесия, проприоцепцию и осязание. Он также включает в себя более неясные вещи, такие как осмотическое давление и контроль кишечника и мочевого пузыря.
Чтобы определить осмотическое давление, клетки мозга используют рецепторы растяжения, чтобы определить наш уровень гидратации. Когда мы обезвожены, клетки сжимаются, деактивируя рецепторы растяжения и вызывая жажду. Точно так же рецепторы растяжения на мочевом пузыре чувствуют, когда его нужно опорожнить.
Некоторые животные используют механорецепторы другими способами. У рыб есть органы боковой линии по бокам, которые функционируют так же, как органы нашего внутреннего уха, чтобы ощущать движение воды и вибрации от их добычи и других рыб. Насекомые могут «слышать» звуковые колебания, но вместо ушей у них есть специализированные органы на усиках (пчелы и мухи), ногах (сверчки и кузнечики) или брюшке.

В чешуе рыбы видны отверстия для органов боковой линии. Внутри отверстий находятся чувствительные к движению структуры, очень похожие на те, что находятся внутри органов баланса наших ушей — полукружных каналов.

Химикаты
Вкус и запах — это химические вещества: они зависят от рецепторов, которые обнаруживают химические вещества в продуктах питания и в окружающей среде. И хотя мы связываем боль и зуд с прикосновением, они тоже являются химическими чувствами, активируемыми содержимым распавшихся клеток (боль) или раздражителями (зуд). У нас также есть внутренние датчики, которые реагируют на pH, углекислый газ и другие химические вещества, важные для гомеостаза.
У других животных обнаружение феромонов важно для поиска партнера. Некоторые мотыльки могут использовать свои усики для обнаружения феромонов чрезвычайно низкой концентрации, выделяемых потенциальным партнером за много миль.

Самец мотылька цекропия использует химические чувствительные клетки в своих антеннах, чтобы обнаруживать феромоны, выделяемые самкой на расстоянии до мили.

Температура
У нас есть чувствительные к температуре рецепторы не только на коже, но и внутри нашего тела. Внутренние датчики температуры являются ключевыми для поддержания температуры тела.
Гремучие змеи и другие ямочные змеи используют теплочувствительные ямочные органы, чтобы определять температуру тела своей добычи.

Некоторые хищные змеи используют теплочувствительные ямки, чтобы ощущать тепло тела своей добычи.