100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Обнаружено, что некоторые виды муравьев могут управлять размером мозга

"Распределенный мозг" муравьиной семьи

Очевидно, что перечисленные выше функции управления муравьиной семьей, необходимые для поддержания равновесия с окружающей средой и выживания, не могут выполняться на инстинктивном уровне. Они близки к тому, что мы привыкли называть мышлением.

Но доступно ли мышление муравью? По некоторым данным, его нервная система содержит всего около 500 тыс. нейронов. Для сравнения: в мозге человека около 100 млрд нейронов. Так почему же муравейник может делать то, что он делает, и жить так, как он живет? Где размещается «мыслящий центр» муравьиной семьи, если в нервной системе муравья его разместить нельзя? Скажу сразу, что таинственные «психополя» и «интеллектуальная аура» в качестве вместилища этого «центра» здесь рассматриваться не будут. Будем искать реально существующие места возможного расположения такого «центра» и способы его функционирования.

Представим себе, что программы и данные гипотетического мозга достаточно большой мощности разбиты на большое количество малых сегментов, каждый из которых размещен в нервной системе одного муравья. Для того чтобы эти сегменты могли работать как единый мозг, надо соединить их линиями связи и в набор программ мозга включить программу-«надзирателя», которая следила бы за передачей данных между сегментами и обеспечивала нужную последовательность их работы. Кроме того, при «построении» такого мозга надо учесть то, что некоторые муравьи — носители программных сегментов — могут умереть от старости или погибнуть в тяжелой борьбе за выживание, а с ними погибнут и расположенные в них сегменты мозга. Чтобы мозг был устойчив к таким потерям, необходимо иметь резервные копии сегментов.

Программы самовосстановления и оптимальная стратегия резервирования позволяют, вообще говоря, создать мозг очень высокой надежности, который сможет работать продолжительное время, несмотря на военные и бытовые потери и смену поколений муравьев. Такой «мозг», распределенный по десяткам и сотням тысяч муравьев, будем называть распределенным мозгом муравейника, центральным мозгом или супермозгом. Надо сказать, что в современной технике системы, сходные по структуре с супермозгом, не новинка. Так, американские университеты уже используют тысячи компьютеров, подключенных к Интернету, для решения актуальных научных задач, требующих больших вычислительных ресурсов.

Кроме сегментов распределенного мозга в нервной системе каждого муравья должны быть заложены и программы «трудовых макроопераций», выполняемых по командам этого мозга. Состав программы «трудовых макроопераций» определяет роль муравья в иерархии муравейника, а сегменты распределенного мозга работают как единая система, как бы вне сознания муравья (если бы оно у него было).

Итак, предположим, что сообщество коллективных насекомых управляется распределенным мозгом, причем каждый член сообщества является носителем частицы этого мозга. Другими словами, в нервной системе каждого муравья находится небольшой сегмент центрального мозга, который является коллективной собственностью сообщества и обеспечивает существование этого сообщества как целого. Кроме того, в ней находятся программы автономного поведения («трудовые макрооперации»), которые являются как бы описанием его «личности» и которые логично назвать собственным сегментом. Так как объем нервной системы каждого муравья мал, то и объем индивидуальной программы «трудовых макроопераций» тоже получается малым. Поэтому такие программы могут обеспечивать самостоятельное поведение насекомого только при выполнении элементарного действия и требуют обязательного управляющего сигнала после его окончания.

Говоря о супермозге, нельзя обойти проблему связи между его сегментами, расположенными в нервной системе отдельных муравьев. Если мы принимаем гипотезу распределенного мозга, то должны учитывать, что для управления системой муравейника необходимо быстро передавать большие объемы информации между сегментами мозга и отдельные муравьи должны часто получать управляющие и корректиру ющие команды. Однако многолетние исследования муравьев (и других коллективных насекомых) не обнаружили сколько-нибудь мощных систем передачи информации: найденные «линии связи» обеспечивают скорость передачи порядка единиц бит* в минуту и могут быть только вспомогательными.

Читайте так же:
7 причин головной боли и способы избавления от нее — изучаем по порядку

Сегодня мы знаем лишь один канал, который мог бы удовлетворить требованиям работы распределенного мозга: электромагнитные колебания в широком диапазоне частот. Хотя до настоящего времени такие каналы не найдены ни у муравьев, ни у термитов, ни у пчел, из этого не следует, что они отсутствуют. Правильнее говорить о том, что использованные методики исследования и аппаратура не позволили обнаружить эти каналы связи.

Современная техника, например, дает примеры совершенно, неожиданных каналов связи в хорошо, казалось бы, изученных областях, которые можно обнаружить только специально разработанными методами. Хорошим примером может быть улавливание слабых звуковых колебаний, или, попросту говоря, подслушивание. Решение этой задачи искали и находили и в архитектуре древнеегипетских храмов, и в современных направленных микрофонах, но с появлением лазера неожиданно выяснилось, что есть еще один надежный и высококачественный канал приема весьма слабых акустических колебаний. Причем возможности этого канала далеко превосходят все, что считалось в принципе возможным, и кажутся сказочными. Оказалось, что можно хорошо слышать безо всяких микрофонов и радиопередатчиков все, что вполголоса говорится в закрытой комнате, и делать это с расстояния 50-100 метров. Для этого достаточно, чтобы в комнате было застекленное окно. Дело в том, что звуковые волны, возникающие при разговоре, вызывают колебания оконных стекол с амплитудой в микроны и доли микрона. Лазерный же луч, отражаясь от колеблющегося стекла, дает возможность фиксировать эти колебания на приемном устройстве и после соответствующей математической обработки превращать в звук. Этот новый, ранее неизвестный метод регистрации колебаний позволил улавливать неощутимо слабые звуки в условиях, когда их обнаружение казалось принципиально невозможным. Очевидно, что эксперимент, опирающийся на традиционные способы поиска электромагнитных сигналов, не смог бы обнаружить этот канал.

Почему же нельзя предположить, что распределенный мозг использует какой-то неизвестный нам способ передачи информации по каналу электромагнитных колебаний? С другой стороны, в повседневной жизни можно найти примеры передачи информации по каналам, о физической основе которых ничего не известно. Я не имею в виду исполняющиеся предчувствия, эмоциональную связь между близкими людьми и другие подобные случаи. Вокруг этих явлений, несмотря на их безусловное существование, накопилось столько мистических и полумистических фантазий, преувеличений, а иногда и просто обмана, что я не решаюсь ссылаться на них. Но известно, например, такое распространенное явление, как ощущение взгляда. Практически каждый из нас может припомнить случаи, когда он оборачивался, почувствовав чей-нибудь взгляд. Сомнений в существовании информационного канала, который ответственен за передачу ощущения взгляда нет, но нет и объяснения, каким образом некоторые особенности состояния психики смотрящего передаются тому, на кого он смотрит. Электромагнитное поле мозга, которое могло бы быть ответственно за этот информационный обмен, практически неощутимо при удалении на десятки сантиметров, а ощущение взгляда передается на десятки метров.

То же можно сказать о таком общеизвестном явлении, как гипноз. Гипнотические способности имеет не только человек: известно, что некоторые змеи используют гипноз при охоте. При гипнозе также происходит передача информации от гипнотизера к гипнотизируемому по каналу, который хотя и безусловно существует, но природа которого неизвестна. Причем если гипнотизер-человек использует иногда голосовые приказы, то змеи звуковой сигнал не используют, но их гипнотическое внушение от этого не теряет силу. И никто не сомневается в том, что можно почувствовать чужой взгляд, и не отрицает реальности гипноза из-за того, что в этих явлениях каналы передачи информации неизвестны.

Все сказанное выше можно рассматривать как подтверждение допустимости предположения о существовании канала передачи информации между сегментами распределенного мозга, физическая основа которого нам еще неизвестна. Так как наука, техника и практика повседневной жизни дают нам неожиданные и неразгаданные примеры разнообразных информационных каналов, то и в предположении о наличии еще одного канала неустановленной природы нет, видимо, ничего необычного.

Читайте так же:
Как голуби пьют воду, не поднимая головы? Описание, фото и видео

Для объяснения того, почему линии связи у коллективных насекомых еще не обнаружены, можно привести много различных причин — от вполне реальных (недостаточная чувствительность исследовательской аппаратуры) до фантастических. Проще, однако, допустить, что эти линии связи существуют, и посмотреть, какие следствия из этого вытекают.

Абсолютный паразит: зомбирующий гриб оказался еще сложнее и опаснее, чем думали ученые

Абсолютный паразит: зомбирующий гриб оказался еще сложнее и опаснее, чем думали ученые

У бразильских муравьев-плотников и без того нелегкую жизнь дополняет весьма странное обстоятельство — они могут превратиться в самых настоящих зомби. Это происходит благодаря заражению паразитическим грибком, споры которого прорастают в тело насекомого и влияют на его симпатическую нервную систему. Зараженный паразитом, муравей оставляет уют своего родного гнезда и отправляется блуждать в чащу леса, условия которого больше подходят грибу для полноценного созревания. Обычно муравей цепляется лапками за нижнюю сторону листа, после чего замирает, тем самым окончательно принося себя в жертву. Гриб продолжает развиваться внутри его тела, пока в конце концов не пронзит головной отдел и не высвободит новые споры. Весь этот процесс занимает примерно 10 мучительных дней, на протяжении которых большую часть времени насекомое остается в живых. Кошмар наяву, не правда ли?

Зомби в реальном мире: что скрывает гриб-паразит

Науке уже давно известен этот феномен, однако до сих пор ученые долго не могли понять, как именно паразитический гриб O. unilateralis играет свою роль кукловода. Его часто называли «мозговым паразитом», однако исследование, опубликованное в феврале 2021 года в Proceedings of the National Academy of Sciences, опровергает данную теорию. Оказалось, что как раз мозг насекомого остается неповрежденным, а контроль за своим хозяином паразит осуществляет путем внедрения в мышечные волокна по всему телу! По сути, зараженный муравей становится для гриба своего рода «мясными доспехами» и средством передвижения, а часть клеток тканей муравья в процессе заменяются на грибные.

Чтобы сделать это удивительное открытие, Дэвид Хьюз (а именно он впервые обнаружил гриб-паразит) начал обширное исследование, в котором приняла участие международная команда энтомологов, генетиков, программистов и нейробиологов. Цель работы состояла в том, чтобы изучить клеточные взаимодействия между паразитом и его хозяином в ходе критической стадии жизненного цикла первого — той, во время которой муравей вцепляется в лист своими мощными мандибулами.

Ведущий автор исследования, Маридель Фредериксен, кандидат в докторанты в Университете Базельского зоологического института, Швейцария, заявила, что грибок выделяет тканеспецифические метаболиты в организм хозяина, вызывая тем самым изменения в экспрессии генов. Это также приводит к атрофии мышц нижней челюсти муравья, чтобы тот уже никогда не смог разжать их и позволить своему телу упасть на землю — это вызвало бы преждевременную гибель хозяина или подвергло бы паразита лишнему риску. Впрочем, до начала работы ученые не знали, как именно грибок координирует свои действия, чтобы так ловко манипулировать организмом хозяина.

Исследования и открытия

Для проведения исследования ученые заразили муравья-плотника O. unilateralis. При этом некоторые особи получили дозу менее опасного, не зомбирующего грибкового патогена, известного как Beauveria bassiana — они служили в качестве контрольной группы. Сравнивая динамику заболевания, вызванного этими двумя грибами, исследователи смогли выделить специфические физиологические проявления деятельности O. unilateralis у муравьев.

С помощью электронных микроскопов, группа создала трехмерную модель, позволяющую определять местоположение, численность и активность грибковых тканей внутри тел насекомых. Для этого были взяты образцы этих тканей размером всего 50 нм, а наблюдение велось с помощью приборов, способных мониторить и обрабатывать изображение с частотой 2000 раз за 24 часа. Чтобы проанализировать внушительный объем поступающих данных, ученые обратились к искусственному интеллекту: алгоритм, основанный на глубоком обучении, в ходе анализа выделял различия в деятельности грибковых и муравьиных клеток. Это позволило исследователям наглядно увидеть то, на какой стадии заболевания ткани организма все еще принадлежали насекомому, а где уже были преобразованы в гриб.

Читайте так же:
10 доказанных наукой способов сделать свою жизнь радостнее

Результаты оказались одновременно чрезвычайно интересными и пугающими. Клетки O. unilateralis распространялись по всему телу муравья, от головы и грудного отдела до живота и ног. Более того, они были взаимосвязаны, создавая своего рода коллективную биологическую сеть, которая и контролировала поведение муравьев. Хьюз отметил, что под конец высокий процент клеток в организме хозяина превратился в клетки гриба — тот буквально сделал насекомое частью самого себя.

Но самое удивительное заключалось в том, что мозговая ткань осталась. нетронутой. «Обычно поведение животных контролируется мозгом, передающим сигналы мышцам, но результаты нашего исследования показывают, что паразит контролирует поведение хозяина с помощью периферических систем», объясняет Хьюз. «Почти как кукловод, тянущий за нитки, чтобы управлять движениями марионетки, грибок также контролирует мышцы муравья, манипулируя конечностями и мандибулами хозяина».

Может ли паразит влиять на мозг?

До сих пор неизвестно, как именно гриб заставляет муравья двигаться по направлению конкретного листа. Ученые полагают, что факт целостности мозга — это на самом деле ключ к решению головоломки: гриб использует потенциал муравьиного мозга достаточно долго, чтобы тот был жив и смог самостоятельно найти подходящую «площадку» для размножения паразита. Другая теория заключается в том, что гриб косвенно влияет на мозг, в частности на его сенсорные функции, чтобы «управлять» муравьями и заставлять их уходить в лес.

Гаймодо Чарисса де Беккер, энтомолог из Университета Центральной Флориды, не принимавшая участия в последнем исследовании, уверена, что проделанная работа подтверждает тот факт, что гриб может контролировать хозяина с помощью специальных секреционных соединений, которые играют роль нейромедиаторов. На это указывают в первую очередь данные, полученные при изучении грибкового генома.

Почему для нас это так важно? Понимание механизма зомбирования открывает целый ряд перспектив. В первую очередь, это синтез новых биологически активных соединений, которые могут быть использованы в качестве мощных лекарственных средств. Кроме того, ученые обратили внимание на то, что у гриба Ophiocordyceps kimflemingiae (родственного гриба-паразита) проявляются признаки активности в рамках «биологических часов»: одни гены гриба активны в дневное время, другие — в ночное. Судя по всему, ночью гриб активирует секрецию белков, которые могут взаимодействовать с мозгом хозяина, таким образом обеспечивая собственное доминирование над его нервной активностью. Кто знает, может быть в будущем подобный коктейль из имплантов и нейромедиаторов даст нам возможность управлять мозгом человека и, таким образом, раскрыть все его секреты?

10 невероятных фактов о муравьях

10 невероятных фактов о муравьях

Экология

Мы все знаем об удивительных способностях муравьев. Они живут в огромных, связанных между собой колониях, могут поднять вес, который больше их самих в несколько раз и согласовывать свои действия с невероятной точностью.

Но многое из того, что делает муравьев удивительными, может сделать их грозными врагами. Вот одни из самых сильных сторон этих насекомых.

1. Муравьи такие же древние, как динозавры

В 2006 году, ученые из Гарварда и Университета штата Флорида сотрудничали для проведения масштабного генетического анализа на муравьях 19 из 20 известных подсемейств. Согласно их выводам, муравьи впервые возникли в середине мелового периода, то есть около 110-130 миллионов лет назад.

2. Муравьи уже пережили массовое вымирание

Считается, что мел-палеогеновое вымирание или, как его еще называют, К-Т вымирание произошло примерно 65 миллионов лет назад после абсолютного массового столкновения. Это событие рассматривается, как вымирание динозавров и возникновение млекопитающих, а года, последовавшие за вымиранием, считаются временем невероятно быстрого видообразования и мирового распространения муравьев.

3. Муравьи покорили практически весь мир

Успех муравьев миллионы лет назад продолжается по сей день. Так энтомолог Тед Шульц (Ted Schultz) называет возникновение муравьем «пожалуй, наибольшим успехом в истории земных многоклеточных» (а именно, практически всех мультиклеточных животных на Земле, включая людей) и по праву.

Читайте так же:
Лошадиный Хвост: водопад, похожий на поток лавы

Практически на каждом клочке земли, за исключением Антарктиды и Арктики и нескольких островов, обитает, по меньшей мере, один местный вид муравьев.

4. Одна группа муравьев покорила шесть континентов

В 2000 году биологи воссоздали историю вторжения аргентинских муравьев вида Linepithema humile. Команда ученых выяснила, что только за последний век, этот вид обосновался, по крайней мере, в 15 странах по всему миру, включая ряд отдаленных океанических островов, заполнив шесть континентов.

5. Общая популяция муравьев намного превышает население Земли

Исследователи Берт Холлдоблер (Bert Holldobler) и Эдвард О. Уилсон (Edward O.Wilson) рассчитали, что популяция муравьев на Земле насчитывает более 10 000 000 000 000 000 живых особей в любой момент времени.

6. Некоторые муравьи довольно большие

Конечно, даже при цифре, превышающей 10 000 триллионов, муравьи достаточно маленькие по размеру. Однако все зависит от того, что мы считаем маленьким. Самый большой муравей, которого обнаружили, был ископаемый представитель вида Titanomyrma giganteum, длина которого достигала около 6 см, а размах крыльев почти 15 см. Безусловно, этот вид больше не встретишь, и многие муравьи в длину достигают не больше миллиметра, но существуют виды, такие как Dorylus wilverthi, длина которых достигает 5 см.

7. У муравьев коллективный разум

Большие, самоорганизующиеся колонии муравьев часто называют «суперорганизмами». Согласно определению, суперорганизм — это собрание агентов, которые могут действовать согласованно, чтобы произвести явления, управляемые коллективом. Когда 50 миллионов муравьев собираются, формируя такой единый скоординированный суперорганизм, то вы вряд ли будете думать о том, что муравьи такие маленькие.

8. В некоторых частях света, муравьи составляют больше четверти биомассы животных

В 2000 году, ученые выяснили, что в среднем муравьи монополизировали 15-20 процентов наземной биомассы животных, а в тропических регионах, где муравьев особенно много, они составляют больше 25 процентов биомассы.

9. Муравьи сотрудничают с другими видами

Существует больше 200 известных видов так называемых муравьев-грибководов. Долгое время ученые считали, что грибки, выращиваемые этими муравьями, просто передавались от одного поколения другому в рамках отдельных видов. Но в 2000 году исследователи выяснили, что сорта, выращиваемые муравьями, иногда передаются между видами.

10. Муравьи практикуют рабство

Многие виды муравьев совершают набеги на соседние колонии, воруют яйца и личинки, и такая практика получила название «рабовладельчество». Насильственно приобретенный молодняк съедается или его заставляют работать. Такие виды называют муравьями-рабовладельцами, и они полагаются на эту практику для поддержания колоний. На самом деле, некоторые виды муравьев неспособны прокормить себя в отсутствии рабов.

Величина мозга прямо пропорциональна интеллекту животных

В мире животных масса мозга варьируется от 9 кг у кашалота до 0,00028 г у муравья. В большинстве случаев масса головного мозга пропорциональна размеру тела, однако из этого правила есть ряд исключений: так, мозг людей и дельфинов достаточно велик по сравнению с телом, а мозг китов и бегемотов относительно мал. Гипотеза о том, что размер мозга коррелирует с уровнем интеллекта, существовала давно, и биологи на протяжении многих лет пытаются ее доказать — например, было обнаружено, что чем крупнее мозг птицы, тем лучше она приспосабливается к окружающей среде.

Группа американских исследователей выясняла, действительно ли головастые животные обладают особым интеллектом, помогающим им решать сложные задачи. Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Наиболее продуманным биологи считают поведение хищников — в частности, коллективная охота требует четкого распределения обязанностей внутри стаи.

Именно поэтому плотоядные животные стали идеальным объектом для исследования связи между размером мозга и способностью искать оптимальные решения проблем в различных ситуациях.

Читайте так же:
Как справится с авралом на работе

В эксперименте участвовали 140 особей 39 различных видов, среди которых были белые медведи, песцы, тигры, речные выдры, пятнистые гиены, панды, снежные барсы и росомахи. Каждый зверь должен был открыть замок-задвижку на металлической коробке, внутри которой лежала еда: бамбук — для панды, мясо — для тигров. На решение задачи у хищников было 30 минут. За это время 49 особей 23 видов (35% от всех участников эксперимента) успешно справились с заданием.

Одна из участниц эксперимента — пятнистая гиена — смотрит на закрытую клетку с едой

Одна из участниц эксперимента — пятнистая гиена — смотрит на закрытую клетку с едой

Sarah Benson-Amram

Наибольшего успеха достигли представители семейств медвежьих (участвовавшие в опыте медведи разных видов достали еду в 70% случаев), енотовых (в 54% случаев) и куньих (47% выполнения). Неудачнее всего выступили сурикаты и мангусты — они ни разу не смогли открыть задвижку.

В целом же — если не принимать во внимание уникальный случай медведей, которые обладают большим по отношению к телу мозгом, — крупные животные справились с заданием хуже, чем мелкие.

Исследователи решили исключить другие факторы, которые могли повлиять на успешность выполнения задания. Например, на способность открыть задвижку может влиять ловкость — качество, свойственное енотовидным и приматам, — однако доказательств этой теории получено не было.

Далее биологи предположили, что размеры конкретных областей мозга влияют на интеллект животных больше, чем общий объем мозга. Чтобы проверить это, ученые использовали виртуальные эндокранные слепки (слепки внутренней полости черепной коробки) 17 видов плотоядных для измерения объема четырех областей головного мозга, однако это ни к чему не привело — теория также была не доказана.

Еще одна гипотеза состояла в том, что

на интеллект животных может влиять сложность их социальной организации: так, гиены живут в кланах со строгой иерархией, а сурикаты объединяются в колонии.

Результаты работы, однако, показали, что «структура общества» животных никак не влияет на их интеллект. Проделав это масштабное исследование, ученые пришли к выводу: на способность животных решать сложные задачи действительно влияет общий объем головного мозга.

Одна из авторов исследования Кэй Хоулкамп (Университет штата Мичиган) поясняет: «Среди ученых, изучающих приматов, популярна так называемая гипотеза социального мозга, утверждающая, что увеличение объема мозга — результат эволюционного процесса, направленного на борьбу с проблемами в социальной сфере. Согласно этой гипотезе, появление интеллекта у животных должно помочь им реагировать на поведение сородичей и даже манипулировать их действиями. Если гипотеза социального мозга верна, то можно было бы ожидать, что виды, которые живут в больших социальных группах, будут умнее. Как бы то ни было,

мы не нашли никаких доказательств того, что гипотеза социального мозга верна: размер социальной группы не влияет на способность животного решать сложные задачи».

Таким образом американским биологам удалось опровергнуть гипотезу социального мозга, которая ставилась под сомнение и раньше. Гипотеза социального мозга впервые была предложена британским антропологом Робином Данбаром. Именно он первым предположил, что человеческий интеллект развивался в первую очередь как средство для создания и поддержания большой социальной группы. А когда группа сформировалась, ее члены, в свою очередь, начинают отдавать преимущество более умным особям, и благодаря этому интеллект развивается еще сильнее. Данбар также утверждал, что количество социальных связей, которые может поддерживать живое существо, напрямую зависит от размера его неокортекса — коры головного мозга. Это утверждение проверить достаточно просто, и биологи уже указывали на то, что, например, сурикаты общаются с гораздо большим количеством сородичей, чем, согласно концепции Данбара, должен позволять размер их мозга.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию