Говоря об органах чувств змей, стоит особое внимание уделить обонянию, ведь по сути змеи имеют в себе целую лабораторию, позволяющую по запаху определить практически все. Если вы наблюдали за змеями то наверняка заметили, что в состоянии бодрствования они высовывают свой язык и машут им перед мордой. С давних пор существуют мифы и легенды, в рамках которых змеиный язык принято считать неким жалом, которым эти самые змеи наносят смертельную рану своим жертвам. Но мы-то знаем, что это не так.
Роль этих взмахов языком была долгое время непонятна для ученых, пока 1920-х и 1930-х годах, не была найдена взаимосвязь между языком и обонянием (молекулы, поглощаемые языком, стимулируют хемосенсорные структуры над небом, которые называются вомероназальными органами или органом Якобсона, но об этом чуть позже). Внимание в исследовании механизмов восприятия змеями запахов в основном уделялось языку, однако, он лишь дополнительный механизм в богатом на запахи змеином мире.
И так, начать стоит с того, что у змей присутствует как минимум два пути получения организмом запахов, первый путь нам привычен, это нос. Носовая полость змей покрыта богатым сенсорным эпителием, который чувствителен к молекулам, находящимся в воздухе и позволяет обнаруживать летучие химические вещества.
Второй путь более изощренный, в небе змей есть два маленьких отверстия, за которыми располагаются две сферические структуры, каждая из которых (так же как и в носовой полости) покрыта сенсорным эпителием. Эти приблуды называются вомероназальным органом, или органом Якобсона. Стоит отметить, что данные полости и сферические структуры не соединены с носовой полостью.
Тут нужно сделать небольшое отступление, как вы думаете, что объединяет человека, крысу и змею на этой картинке?
Нет, не то, что всех их можно найти в морозилке террариумиста! Правильный ответ, их объединяет наличие органа Якобсона. Само по себе наличие этого органа не делает змей, какими-то особенными.
Якобсонов орган у человека открыл в 1703 году голландский военный хирург Фредерик Рюйш у солдата с лицевым ранением в области носа. В 1809 году фон Зоммеринг подтвердил это, обнаружив его при вскрытии трупов, а ещё два года спустя Людвиг Якобсон впервые описал его у многих видов животных. В 1891 году Потикье «переоткрыл» вомероназальный орган у человека, обнаружив его у 25 % из 200 обследованных взрослых.
В целом у млекопитающих орган Якобсона улавливают нелетучие химические сигналы. Важно, что некоторые запахи действуют как феромоны от других особей того же вида. В отличие от основной обонятельной луковицы, которая посылает нейронные сигналы в обонятельную кору головного мозга, орган Якобсона посылает нейронные сигналы во вспомогательную обонятельную луковицу и в конечном итоге в гипоталамус, который является основным нейроэндокринным центром (влияющим на аспекты репродуктивной физиологии и поведения, а также на другие функции, такие как температура тела). Орган Якобсона у млекопитающих (в том числе у человека) реагирует на летучие феромоны и другие летучие ароматные вещества, в большинстве своём не ощущаемые как запах или слабо воспринимаемые обонянием.
Функции и механизмы работы этого органа окончательно не установлены, определена только его важная роль в формировании полового поведения, особенно у животных. У человека также, по некоторым данным, обнаружена связь вомероназальной системы с функциями половых органов и эмоциональной сферой.
Но вернемся к змеям, их фишка заключается в следующем, во первых у них орган Якобсона отделен от носа, а во вторых они «доставляют запах» до этого органа не посредством вдоха, а языком. Сие действо можно разбить на два этапа, на первом этапе язык собирает все частички, витающие в воздухе и на поверхности, которые так или иначе связаны с запахами. На втором этапе язык возвращается в исходную позицию, принося с собой эти самые частички как раз на тот самый орган Якобсона.
Далее, сенсорные клетки, составляющие вомероназальный эпителий, контактируют и реагируют на молекулы, которые попадают в рот с помощью языка и активированные клетки посылают нервные сигналы к дополнительной обонятельной луковице в головном мозге через вомероназальный нерв. Стоит отметить, что сигнал от сенсорного эпителия полости носа идет совершенно по иному пути.
Первые свидетельства того, что язык участвовал в доставке частиц в вомероназальный отдел орган были получены в результате экспериментов, опубликованных в 1932 году Х. Кахманом. В ходе исследования змей заставляли облизывать языком кусочек угля а после их вскрывали, в итоге частички сажи находили в органе Якобсона. Так же были эксперименты с радиацией и прочие радости немецких ученых, но все сводилось к одному, язык доставляет частички запаха в этот самый орган Якобсона.
Ну, а теперь давайте разрушим эту прекрасную стройную теорию о языке, которым прямо из воздуха, да в орган Якобсона доставляются частички запаха. Эксперименты с использованием рентгена и питонов показали, что язык не проникает в просвет органа Якобсона…
Язык змей обладает весьма занятной анатомией, которая, по-видимому, усиливает его способность собирать и транспортировать пахучие вещества из окружающей среды.
Гистологические и электронно-микроскопические исследования показывают, что на языке в наличии мельчайшие сосочкообразные отростки и неглубокие впадины различных размеров, а раздвоенные участки языка некоторых ужеобразных имеют модифицированные эпителиальные клетки, которые несут многочисленные микроскопические выступы, называемые “микрофацетами”. Считается, что они способствуют сбору и удержанию частиц запаха. Более того, ткани на дне полости рта под отверстиями, ведущими к органу Якобсона на поверхности состоят из множества складок, пор и слизистых желез, которые обеспечивают прилипание веществ несущих с собой запах. Существует предположение, что в этой области скапливаются различные секреты, которые поглощают молекулы и транспортируют их в орган Якобсона.
Сигналы от каждого из двух имеющихся органов Якобсона, обрабатываются мозгом отдельно, так что животное способно различать какой частью языка этот запах был доставлен. Теоретически, это дает возможность обнаруживать направление в котором находится источник запаха. Многие змеи (но не все) широко раздвигают кончики языка, что увеличивает расстояние между точками отбора проб. Чем больше расстояние между точками отбора проб, тем больше молекул будет захвачено языком за один взмах.
Хорошо известно, что змеи используют свою вомероназальную систему для охоты и многие исследователи считают эту систему важной для поведения, связанного с ухаживанием и спариванием. По крайней мере, у некоторых видов змей поведенческие показатели снижаются, если мозг лишен информации от органов Якобсона.
Список литературы:
- Kahmann, H. 1932. Sinnesphysiologische studien an reptilien: 1. Ex-perimentalle untersuchungen über das Jakobsonische organ der eideschen und schlangen. Zoologische Jahrbücher Abteilung für allgemeine Zoologie ünd Physiologie der Tiere. Jena . 51:173–238.
- Lillywhite H. B. How snakes work: structure, function and behavior of the world's snakes. – Oxford University Press, 2014;