Как получилось, что дальтоники-кальмары могут маскироваться разными цветами? Исследователи обратились к современным технологиям, чтобы выявить удивительно сложный мозг. Кальмары, принадлежащие к семейству головоногих, вместе с осьминогами и каракатицами, представляют собой нечто большее, чем кажется на первый взгляд. Они действительно способны считать, решать проблемы, распознавать паттерны и общаться с помощью сигналов. Хотя они и дальтоники, они способны мгновенно менять цвет, чтобы смешаться с различными фонами или привлечь потенциальных партнеров. Это сложное поведение вызывало пристальный интерес исследователей на протяжении многих лет.
Теперь исследователи из Университета Квинсленда (University of Queensland) в Брисбене, Австралия, обратились к современным технологиям, чтобы завершить первую МРТ-карту мозга кальмара за 50 лет. Результаты их исследования опубликованы в журнале iScience.
Вэнь-сон Чанг (Wen-Sung Chung) из Квинслендского Института мозга с соавторами были особенно заинтересованы в нейронной способности этих существ менять цвет не только для маскировки, но и для общения. Авторы исследования обнаружили, что мозг кальмара более сложный, чем у крысы или мыши. На самом деле его сложность была подобна сложности мозга собаки.
«Эти существа являются мастерами динамической окраски и маскировки, основанной на прямом контроле клеток хроматофора по всей коже», – сказал Чанг.
Один очень известный случай связан с их визуальной коммуникацией во время брачного состязания. Самцы имеют физические бои, чтобы конкурировать за партнера. Кальмар может сказать своей любимой даме “я люблю тебя”, но по-другому. Так что это, конечно, не “инстинктивное отражение”, а очень сложный процесс познания в их мозгу.
Начав составлять карту нейронных связей, которые управляют этим сложным мозгом, исследовательская группа сосредоточилась на рифовом кальмаре Sepioteuthis lessoniana. Однако вместо того, чтобы использовать классическую гистологию — которая изучает микроскопическую анатомию тканей срез за срезом и делает “очень маленький и медленный прогресс” на таких больших и численно сложном мозге — исследователи обратились к МРТ.
«Передовые молекулярные инструменты и методы визуализации были в значительной степени разработаны для позвоночных модельных животных. Мы в основном адаптировали идеи и методы из исследований мозга мышей с большим количеством модификаций, чтобы сделать первую высокорезистивную визуализацию мозга кальмара», – сказал Чанг.
Исследователи обнаружили, что некоторые головоногие имеют более 500 миллионов нейронов. Для сравнения: у крысы – 200 миллионов, а у обычного моллюска – 20 тысяч. Это число выше, чем у крыс и мышей, и больше похоже на то, что содержится в мозгу собаки.
«Это первый раз, когда современные технологии были использованы для исследования мозга этого удивительного животного, и мы предложили 145 новых соединений и путей, более 60% из которых связаны со зрением и двигательными системами», – говорит Вэнь Сон Чанг. «Мы видим, что многие нейронные цепи предназначены для маскировки и визуальной коммуникации, что дает кальмару уникальную способность уклоняться от хищников, охотиться и связываться с динамическими изменениями цвета».
Ученые потратили около 4 лет, чтобы создать первую мезомасштабную карту мозга.
Исследование также показало, что нервная система головоногих моллюсков независимо развивалась от центральной нервной системы позвоночных. Это подтверждает современные гипотезы о конвергентной эволюции.
«Это был первый шаг к созданию структурной карты связей в мозгу кальмара», – сказал Чанг. «Это поможет ученым нацелиться на определенные доли мозга или области, чтобы исследовать, как эти внешне умные животные, но древние моллюски, развиваются до этих способностей. Для своего личного интереса я сосредотачиваюсь на их зрительных способностях, таких как почему и как они могут делать камуфляж, а также как они могут видеть сигналы, которые невидимы для большинства водных существ».
В будущем Чанг с соавторами будут изучать мозг головоногих моллюсков (в том числе кальмара-вампира, одиночного осьминога, спаренного осьминога, каракатицы и некоторых редких глубоководных кальмаров), чтобы выяснить, как эволюционировал их мозг в зависимости от экосистемы. Ученые также хотят понять, как происходит обработка сигналов в этом сложном мозгу.
«В то время как робототехники все больше заинтересованы в использовании тела осьминогов — например, их конечностей и поляризационного зрения — в качестве биологических инженерных чертежей, мы надеемся, что новые находки внесут вклад в новую модель животного», – пояснил Чанг.
Эта инновационная модель «объединяет различные сенсорные и нейронные системы доступа в био- приложения, такие как мягкотелый роботизированный дизайн и новое поколение алгоритмов искусственного интеллекта», – заключил он.
Авторы другого исследования утверждают, что ученые установили, что собаки действительно понимают нас.
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
