Pro Nicholase Strausfelda je malý mozek krásná věc. Neurobiolog z Arizonské univerzity v Tucsonu během své 35leté kariéry zkoumal drobné mozkové struktury švábů, vodních brouků, sametovek, slaných krevet a desítek dalších bezobratlých. Pomocí mikroskopů, pinzet a vlastnoručně sestrojené elektroniky spolu se svými postgraduálními studenty rozebírá – vždy tak jemně – buňku po buňce fungování mozkových struktur o velikosti několika zrnek soli. Z této zdlouhavé analýzy Strausfeld vyvozuje, že hmyz má „nejsofistikovanější mozky na této planetě“.

Strausfeld a jeho studenti nejsou ve své oddanosti sami. Bruno van Swinderen, výzkumník z Neurosciences Institute (NSI) v San Diegu, nachází u hmyzu náznaky vyšších kognitivních funkcí – stopy k tomu, co jeden vědecký časopis nazval „vzdálenými kořeny vědomí“.

„Mnoho lidí by se vykašlalo na představu, že hmyz má mozky, které jsou jakkoli srovnatelné s mozky primátů,“ dodává Strausfeld. „Ale je třeba se zamyslet nad principy, na nichž je založeno sestavování mozku, a tyto principy budou pravděpodobně univerzální.“

Zjištění jsou kontroverzní. „Důkazy, které jsem zatím viděl, mě nepřesvědčily,“ říká Gilles Laurent, neurolog z Caltechu. Někteří vědci však uvažují o možnostech, které by většinu laických pozorovatelů šokovaly. „Doslova netušíme, na jaké úrovni složitosti mozku vědomí končí,“ říká Christof Koch, další neurolog z Caltechu. „Většina lidí říká: ‚Proboha, vždyť brouk není vědomý‘. Ale jak to víme? Už si nejsme jisti. Já už brouky zbytečně nezabíjím.“

Heinrich Reichert z Basilejské univerzity ve Švýcarsku se stále více zajímá o „příbuznost všech mozků“. Reichertovy vlastní studie o původu mozku vedou k málo známému předkovi, skromnému tvorovi zvanému Urbilateria, který se svíjel a plaval před téměř miliardou let. Urbilateria, pradědeček všech bilaterálně symetrických živočichů, je předchůdcem pavouků, plžů, hmyzu, obojživelníků, ryb, červů, ptáků, plazů, savců, krabů, mlžů – a ano, i člověka.

Existuje samozřejmě dobrý důvod považovat mozek hmyzu za primitivní – přinejmenším z kvantitativního hlediska. Lidé mají 100 000 000 000 mozkových buněk. Šváb má téměř 1 000 000 mozkových buněk, ovocná moucha pouze 250 000 buněk. Přesto hmyz dokáže působivě hospodařit s informacemi: Hmyz má v mozku 10krát větší hustotu neuronů než savci. Každou mozkovou buňku také využívají pružněji než savci. Několik vzdálených úponů jediného neuronu může pracovat nezávisle na sobě, což zvyšuje výpočetní výkon, aniž by se zvýšil počet buněk. Toto zapojení nějakým způsobem umožňuje včele medonosné, která má na palubě sotva milion neuronů, putovat šest kilometrů od úlu, najít potravu a zamířit přímo domů. Málokterý člověk by dokázal totéž i s mapou a kompasem.

Na první pohled si mozky hmyzu a savců nejsou vůbec podobné. Teprve ze studií propojení jednotlivých buněk vyplývá ohromující podobnost. Jednoho odpoledne mi Christopher Theall, jeden ze Strausfeldových doktorandů, ukazuje vlastní experimentální sestavu pro pronikání do části mozku švábů známé jako houbovité tělo. Tato houbovitá struktura mozku je považována za obdobu hipokampu savců, součásti mozku, která se podílí na vytváření vzpomínek na místa.

„To, o co se snažíme,“ říká Theall, když vstupujeme do stísněné laboratoře, „je zmenšit techniky, které byly použity u mozků potkanů a primátů – zmenšit je na mozek, který je o tisícinu menší.“

Theallova experimentální aparatura spočívá na stole, který se vznáší na tlakovém vzduchu pohlcujícím vibrace. Dokonce i vozík rachotící venku na chodbě by mohl experiment narušit. Protože Theall potřebuje zaznamenat nervové impulsy o hodnotě pouhé jedné ^1/10,0000 voltu, je stůl uzavřen v kleci, která blokuje elektromagnetické rušení ze světel v místnosti. Theall pracuje pod mikroskopem, s pinzetou, pevnýma rukama a zadrženým dechem a z měděného drátu o průměru pouhého dvojnásobku červené krvinky vyrábí elektrody, které zavede do mozku švába.

„Jsou křehké,“ říká. „I závan větru při otevření dveří může zničit několik hodin práce.“

Párové struktury zvané houbová tělíska v mozku švába hrají klíčovou roli v navigaci.

Po 20 hodinách příprav je Theall připraven provést experiment. Zatímco se dívá do mikroskopu, otáčí knoflíkem a zanořuje elektrodu do mozku švába, dokud nezapadne do jednoho z houbovitých tělísek. Během experimentu bude Theall tohoto švába cvičit, aby si zasloužil odměnu: Pokud hmyz nasměruje tykadlo k určitým orientačním bodům, dostane vzrušující závany vůně arašídového másla. Theall chce odposlouchávat neurony, aby zjistil, jak přispívají k učení polohy těchto orientačních bodů.

Závěrečný krok experimentu – pitva těla houby – umožní Theallovi vidět dvě nebo tři sledované buňky. Protože buňky absorbovaly měď uvolněnou z elektrody, může je odlišit od 200 000 ostatních mozkových buněk v těle houby. Theall pak sleduje strukturu každé buňky pomocí pera, papíru a světelného boxu. Je to jako kreslit rozložitý dub do poslední větvičky a rekonstrukce jedné buňky může trvat dva dny. Theall, typický student Strausfeldovy laboratoře, provede stovky takových experimentů, než dokončí svůj doktorát.

Theall a Strausfeld nikdy nevědí, na kterou z desítek tisíc buněk narazí, když se dotknou houbového těla švába. Opakováním experimentu znovu a znovu však skládají obraz o tom, jaké typy buněk existují, jak tyto buňky fungují při úkolech paměti místa a jaké druhy spojení vytvářejí s jinými buňkami. Doufají, že buňku po buňce se jim podaří poskládat obvody této struktury.

Při rozhovoru ve své kanceláři Strausfeld načrtává houbové tělo a poukazuje na několik paralel s hipokampem, mozkovým centrem, které se u savců věnuje paměti a určování místa. Základ tvoří tisíce paralelních nervových vláken, která se táhnou jako vlákna v kusu dřeva. Dále od základny nahoru vlákna vysílají spoje ve smyčkách, které vypadají jako úchyty džbánů na dálnici; právě tento tvar vysloužil této části mozku název „houbové tělo“. Spojení se opět spojují s vlákny výše, poblíž vrcholu. Strausfeld má podezření, že tyto smyčkové dráhy spojují příbuzné informace, podobně jako pohledy a pachy různých památek, které šváb potkává jednu po druhé, když cestuje do svého domova a zpět.

„Geometrie této struktury,“ říká, „tak podivně připomíná hipokampus“. Strausfeld a další hledají vodítka, zda podobnosti vyplývají z hluboké a dávné příbuznosti, nebo jen z analogických řešení, která se vyvinula nezávisle na sobě, aby napomohla přežití.

V podzemní laboratoři v Neurovědeckém institutu pozoruje van Swinderen mouchu zavěšenou v něčem, co se podobá miniaturnímu kinu IMAX. Zařízení je určeno ke sledování zaměření pozornosti v mozku mouchy. Kolem mouchy je ovinuta LED obrazovka, která před jejíma očima zobrazuje sekvenci blikajících objektů, vždy dva najednou. Právě teď je to křížek a čtverec. X bliká 12krát za sekundu a čtverec 15krát za sekundu.

Van Swinderen zavedl do mozku mouchy elektrodu, aby sledoval její nervovou aktivitu. Přerušované mozkové vlny pronikající elektrodou se posouvají po obrazovce počítače. Hluboko ve změti zubatých vrcholů jsou pohřbeny dva drobné signály: jedna vlna stoupá a klesá 12krát za sekundu a druhá stoupá a klesá 15krát za sekundu. Tyto dvě vlny vycházejí z tisíců mozkových buněk, které reagují na dva blikající objekty. Čím větší počet buněk reaguje na daný objekt, tím vyšší je odpovídající vlna. Podle toho, která vlna je vyšší, může van Swinderen určit, na který cíl moucha zaměřuje větší pozornost.

Van Swinderen tomu raději říká „salience“ než „pozornost“, protože nechce naznačovat, že mouchy jsou vědomé. Ať už se však tato percepční pozornost nazývá jakkoli, její nalezení u mouchy má obrovské důsledky pro pochopení kořenů vědomí u lidí. Každou vteřinu nás zaplavují smyslové informace z očí, uší, nosu a každého centimetru naší kůže. Toulavý reflektor pozornosti – naše oko mysli – určuje, který nepatrný zlomek z tohoto přílivu skutečně připustíme do svého vědomí a jen možná uložíme jako paměť.

Van Swinderen často zaznamenává mozkové vlny současně ze tří míst ve velké oblasti hmyzího mozku zvané mediální protocerebrum. Na první pohled se může zdát, že změť vln z těchto oblastí je stejně rozmanitá jako zvuky Mozarta, Sex Pistols a tuvanského hrdelního zpěvu. Ale dokud je moucha ve střehu a něčemu se věnuje, existuje v této změti sbor neuronů, které ve všech třech oblastech shodně rozeznívají stejný vlnový vzorec. Tento vlnový vzorec představuje věc, které se moucha věnuje, a jak se její pozornost přesouvá z jedné věci na druhou, mění se i vlnový vzorec. Van Swinderen může tento chór detekovat, protože svůj experiment s malým kinem IMAX pečlivě navrhl tak, aby určil, čemu se moucha bude věnovat. Je to krásná ilustrace pozornosti: každý neuron zpívá stejnou píseň – píseň čtverce.

„Pozornost,“ říká van Swinderen, „je fenomén celého mozku. Věc není čistě vizuální, není čistě čichová. Je to spojení různých částí, které pro nás znamenají jednu věc. Proč by nemohl být mechanismus mouchy zaměřen na posloupnost jejích vzpomínek?“ ptá se. „To je podle mě jen krůček od toho, co by mohlo být vědomím.“ Rozdíl mezi vzpomínkami mouchy a člověka může být otázkou stupně. Člověk si může uložit mnohem více vzpomínek, a proto může udržovat propracovanější osobní vyprávění o své minulosti a přítomnosti. Ale van Swinderen se domnívá, že „u mouchy a člověka by mohlo jít o úplně stejný mechanismus“. Ačkoli zatím neexistují důkazy, které by rozhodly tak či onak, výsledkem by mohlo být vědomí.

„Pravděpodobně to, co vědomí vyžaduje,“ říká Koch z Caltechu, „je dostatečně komplikovaný systém s masivní zpětnou vazbou. Ten hmyz má. Když se podíváte na těla hub, jsou masivně paralelní a mají zpětnou vazbu.“

Chemické stopy potvrzují, že přinejmenším některé základní mozkové procesy jsou u lidí a hmyzu stejné. Van Swinderen a Rozi Andreticová, neuroložka z NSI, zjistili, že mutantní mouchy produkující příliš málo neurotransmiteru dopaminu mají zhoršené reakce na salience. Podávání metamfetaminu mutantním mouchám – chemické látky příbuzné lékům používaným k léčbě poruchy pozornosti/hyperaktivity – zmírňuje nedostatek dopaminu a normalizuje pozornost mušek. Pokud však podáte pervitin normální mouše, nedokáže se stejně dobře soustředit. „Podobné mechanismy jsou přítomny u obratlovců i u much,“ řekl mi Andretic. „Potřebujete optimální koncentraci dopaminu, a pokud ho máte příliš málo nebo příliš mnoho, dojde k poruše pozornosti.“ Jak u lidí, tak u much mohou buňky uvolňující dopamin pomáhat koordinovat vzdálené oblasti mozku, které se podílejí na fenoménu pozornosti.

Když si uvědomíte, že samotné neurony jsou si napříč živočišnou říší nápadně podobné, začne to všechno dávat smysl. „Máte stejné základní stavební kameny pro obratlovce i bezobratlé,“ říká Strausfeld, „a existují určité způsoby, jak tyto stavební kameny poskládat .“ Když tedy došlo na budování mozkového centra, jako je hipokampus, který dokáže rozpoznávat místa, mohl existovat jen jeden způsob, jak tyto podivné neurony spojit dohromady, aby splnily svůj úkol – a evoluce dospěla ke stejnému řešení několikrát nezávisle na sobě, stejně jako se genetické instrukce pro křídla vyvinuly několikrát v různých liniích.

Více zarážející možností je, že mozek se mohl vyvinout jen jednou v historii života. Vzdálení bratranci – švábi a lidé – mohli zdědit základní plán od společného předka, Urbilateria, posledního společného předka všech bilaterálně symetrických živočichů. Žádné fosilie tohoto tvora nejsou známy, ale na základě odhadu, jak dlouho trvalo, než se sekvence DNA mezi mouchami a myšmi rozešly, genetici odhadují, že Urbilateria žila před 600 miliony až 1 miliardou let.

Na základě analogie s dnešními mořskými bezobratlými se někteří vědci domnívají, že Urbilateria se v dospělosti zahrabávala na mořské dno a plavala jako larva s jednoduchýma očima, jaké mají mnohé živé mořské larvy.

Nápovědy k plánu mozku Urbilaterie pocházejí ze studia embryonálního vývoje dnes žijících tvorů. Detlev Arendt, evoluční biolog z Evropské laboratoře molekulární biologie v německém Heidelbergu, zjistil, že u embryí myší i ovocných mušek se buňky podílející se na tvorbě mozku a nervového provazce dělí do tří buněčných sloupců. Přinejmenším některé geny, které řídí tvorbu sloupců, jsou u mušek a myší stejné. „Tento vzorec je tak specifický,“ říká Arendtová, „že je jasné, že poslední společný předek musel mít tyto tři sloupce.“

Heinrich Reichert z Basilejské univerzity objevil další nápadnou podobnost. Během embryonálního růstu spouští gen, který je podobný u mušek i myší (a tím i u lidí), dělení mozku na přední, střední a zadní segment. U myší, kterým tento gen chybí, dochází k závažným mozkovým abnormalitám. Výměna muší verze genu do těchto mutantních myší však většinu těchto abnormalit napraví. „Odhaluje to,“ říká Reichert, „hlubokou příbuznost mozků much, ryb, myší a lidí, kterou bychom při pouhém pohledu na povrchovou anatomii rozhodně nečekali.“

Tyto geny samozřejmě působí brzy, dokud je embryo primitivní. Urbilateria je tedy mohla mít, a přesto neměla téměř žádný mozek. Konečnou odpověď přinese identifikace a porovnání dalších desítek genů hmyzu a savců. Zvláště zajímavé jsou ty, které se podílejí na tvorbě složitých struktur, které hrají podobnou roli, jako jsou houbová tělíska a hipokampus.

„Otázkou za milion dolarů,“ říká Strausfeld, „bude, zda geny podílející se na vývoji těchto struktur jsou společné pro myš a mouchu. To by bylo samozřejmě vzrušující.“

.