Глибоко в тропіках, де сонячне світло проникає крізь листяний полог, мозок незвичайного метелика спантеличує вчених. Це метелик Геліконій, вид, який не тільки насолоджується нектаром, але й має витончений смак до пилку. Ця особлива харчова звичка викликала серію захоплюючих досліджень. Висновки нещодавно були опубліковані в журналі Current Biology .
Метелик з гострим мозком
Хто б міг подумати, що метелик, істота така крихітна і, здавалося б, ніжна, матиме когнітивні здібності, які підтримують складне просторове навчання та збереження пам’яті? Ми говоримо про метелика, який не набагато більший за великий палець людини, але здатний пам’ятати, де знаходяться його джерела їжі, і вміло орієнтуватися до них.
Ця здатність, як вважають дослідники, тісно пов’язана з надзвичайно розвиненою структурою мозку метелика Геліконія, відомою як грибоподібні тіла. Ця структура мозку відповідає за навчання і пам’ять.
Мозок метелика
Провідний автор дослідження доктор Макс Фарнворт є старшим науковим співробітником Школи біологічних наук Брістольського університету.
«Існує величезний інтерес до того, як більші мізки можуть підтримувати покращене пізнання, поведінкову точність або гнучкість. Але під час розширення мозку часто важко відокремити вплив збільшення загального розміру від змін у внутрішній структурі», — пояснив доктор Фарнворт.
Щоб розгадати цей складний поворот, дослідницька група прискіпливо дослідила зміни, які відбулися в нейронних ланцюгах цього метелика. Ці схеми, подібно до тих, що зустрічаються в електричній системі, складаються з комірок – клітин Кеньйона, – які з’єднуються за різними схемами, створюючи функціонуючу мережу.
Мозаїчна еволюція мозку
Дослідження виявило незвичайний характер росту в цих клітинах Kenyon. На відміну від рівномірного росту відповідно до розширення мозку, ці клітини росли з різною швидкістю, створюючи мозаїку розмірів у структурі мозку.
Це явище, яке влучно називають мозаїчною еволюцією мозку, малює яскраву картину внутрішнього ландшафту мозку, який постійно змінюється, при цьому одні ділянки ростуть, а інші залишаються незмінними.
«Ми передбачаємо, що оскільки ми бачимо ці мозаїчні моделі нейронних змін, вони будуть пов’язані з певними змінами в поведінці – відповідно до ряду експериментів з навчанням, які показують, що Геліконії перевершують своїх найближчих родичів лише в дуже специфічних контекстах, таких як довго термін зорова пам’ять і навчання шаблонів», — сказав доктор Фарнворт.
Навички пам’яті та планування
Щоб оптимізувати свій пилковий раціон, метелики Heliconius розробили унікальний спосіб пошуку їжі. Замість того, щоб безцільно пурхати, вони мчать фіксованими маршрутами між квітковими ресурсами, схоже на автобусний маршрут.
Так – метелики на автобусному маршруті. Ця несподівана поведінка вимагає планування та пам’яті, тому не дивно, що мозкові ланцюги, що лежать в основі цих навичок, є гарячою темою дослідження метеликів Heliconius.
«Замість того, щоб мати випадковий маршрут пошуку їжі, ці метелики, очевидно, обирають фіксовані маршрути між квітковими ресурсами – схоже на автобусний маршрут», – сказав співавтор дослідження доктор Стівен Монтгомері.
«Процеси планування та пам’яті, необхідні для такої поведінки, виконуються нейронами всередині тіл гриба, тому нас захоплюють внутрішні схеми».
Наслідки мозку метелика
Історія про метелика Геліконія додає інтригуючої глибини нашому розумінню еволюції та когнітивного розвитку видів із малим мозком. Відомості, отримані від цих метеликів, кидають виклик традиційним припущенням щодо кореляції між розміром мозку та когнітивними можливостями різних видів.
Незважаючи на їхній невеликий зріст, складні структури мозку Геліконія демонструють величезну когнітивну здатність, що свідчить про те, що еволюційний тиск глибоко вплинув на їхній нейронний розвиток для оптимізації для конкретних екологічних проблем.
Це викликає питання щодо адаптивної цінності цих когнітивних рис і того, як вони можуть відрізнятися серед видів Heliconius, поширених у різних середовищах. Такі порівняльні дослідження між різними видами або навіть колоніями Heliconius можуть пролити світло на еволюційні механізми, що обумовлюють складність мозку та його зв’язок з адаптивною поведінкою.
Майбутні напрямки досліджень
Відкриття, пов’язані з неврологічними та поведінковими адаптаціями метелика Геліконія, відкривають захоплюючий шлях для майбутніх досліджень.
Ключова сфера інтересів полягає в потенційній генетичній основі, яка сприяє унікальному розвитку мозку метелика. Подальші генетичні та молекулярні аналізи можуть забезпечити повне розуміння того, як конкретні генетичні прояви пов’язані зі спостережуваними когнітивними досягненнями.
Крім того, прогрес у нейровізуалізації та електрофізіологічних методах відкриває нові можливості для відстеження нейронної активності в режимі реального часу, пропонуючи більш динамічне розуміння когнітивної обробки під час пошуку їжі. Ці майбутні дослідження не тільки обіцяють розкрити таємниці дивовижних можливостей метелика Геліконія, але й мають ширші наслідки для галузі нейробіології.
Подальше дослідження мозку метелика
Оскільки це дослідження суттєво доповнює наше розуміння когнітивних інновацій у нейронних ланцюгах, дослідницька група збирається глибше заглибитися в мозок метелика, досліджуючи його за межі центрів пам’яті та створюючи карту мозку з ще вищою роздільною здатністю.
«Я був справді зачарований тим фактом, що ми бачимо такий високий ступінь збереження в анатомії та еволюції мозку, але потім дуже помітні, але чіткі зміни», — сказав доктор Фарнворт.
«Це справді захоплюючий і прекрасний приклад шару біорізноманіття, яке ми зазвичай не бачимо, різноманітності мозкових і сенсорних систем, а також способів, за допомогою яких тварини обробляють і використовують інформацію, надану навколишнім середовищем», — резюмував він. Доктор Монтгомері.