Дофамин сделал муравьев-фуражиров активнее
Дофамин заставил муравьев-фуражиров более активно искать еду, говорится в iScience. Красные американские муравьи-жнецы могут реагировать на погоду: чем она более сухая, тем реже фуражиры выходят на поиски семян — основной пищи муравьев. Но если их кормить дофамином, муравьи отправляются за едой на 10-20 процентов чаще.
Красные американские муравьи-жнецы или бородатые муравьи-жнецы (Pogonomyrmex barbatus) — эндемики юго-западных областей США. Они обитают колониями, иногда довольно большими, и предпочитают засушливые места обитания. Муравьи питаются семенами, которые они измельчают, запасают в хранилищах и могут хранить в течение нескольких месяцев или даже лет. Рабочие муравьи в колонии делятся на фуражиров, солдат, и разведчиков, проверяющих безопасность тропинок.
В одной из предыдущих работ американские мирмекологи под руководством Деборы Гордон (Deborah Gordon) из Стенфордского университета выяснили, что активность фуражиров зависит от влажности. Некоторые колонии в засушливую погоду запасают существенно меньше пищи, на активность других сообществ погода влияет не так сильно.
В новом исследовании ученые решили выяснить, с чем связана такая избирательность. Они предположили, что активность муравьев-фуражиров может регулироваться дофамином. Известно, что между собой рабочие особи социальных насекомых общаются, в том числе, с помощью химических сигналов. В частности, поведение фуражиров у социальных насекомых регулируется биогенными аминами, которые вырабатываются из аминокислот. Например, дофамин влияет на их активность. При этом у фуражиров медоносных пчел и некоторых видов муравьев содержание дофамина в мозге выше, чем у других рабочих особей.
Чтобы проверить свою гипотезу ученые выбрали шесть колоний бородатых муравьев-жнецов. Фуражиры в трех из них резко ограничивали свою активность в засушливую погоду, муравьи из трех других так резко на изменение влажности не реагировали. Исследователи проанализировали различия в транскриптомах в мозгу муравьев из разных колоний. Транскриптом (набор РНК, которые синтезируются в клетке) позволяет отследить экспрессию генов и понять, какие белки образуются в клетке. Оказалось, что у муравьев, более чувствительных к погодным условиям, в мозге вырабатывалось больше ферментов, ответственных за синтез биогенных аминов и нейрогормонов.
Основываясь на результатах анализа транскриптома, ученые предположили, что разница в нейрофизиологии у муравьев приведет к изменению их активности. Чтобы это проверить, авторы работы изменили уровень дофамина в мозге насекомых. Они кормили муравьев-фуражиров раствором дофамина или его ингибитора 3-йодотирозина и отслеживали их активность. Оказалось, что муравьи, которых кормили дофамином выходили за едой на 10–20 процентов чаще, чем насекомые из контрольной группы. И наоборот, муравьи, которым вводили ингибитор дофамина, покидали гнездо на 19 процентов реже, чем контрольная группа.
Наконец, исследователи проверили, как муравьи, более чувствительные к влажности, будут реагировать на дофамин. Они провели эксперименты в девяти колониях, в которых часть фуражиров кормили раствором дофамина, а часть оставляли в качестве контрольной группы. Выяснилось, что в тех сообществах, где фуражиры были более чувствительны к погодным условиям, они сильнее реагировали на дофамин (p=0.028). Авторы статьи предполагают, что причиной этой корреляции могут быть генетические и эпигенетические факторы, которые влияют на выработку и активность дофамина у насекомых той или иной колонии.
Ранее мирмекологи обнаружили, что за репродуктивный статус особи в колонии муравьев отвечает единственный ген, кодирующий инсулин-подобный пептид второго типа. У королев экспрессия этого гена повышенная, а у рабочих особей — пониженная. Также оказалось, что взрослые муравьи, которые обмениваются с личинками ротовой жидкостью, передают в ней ювенильный гормон, который определяет будущую «специализацию» муравья и превращает его в солдата.
Екатерина Русакова
Они нам кажутся почти в два раза легче своего реально веса
Исследователи из Великобритании предложили людям сравнить вес их собственных ладоней и грузов, подвешенных к рукам, чтобы выяснить, насколько верно люди оценивают массу своего тела и его частей. Проведенные эксперименты показали, что испытуемые сильно занижают вес собственных кистей — в одном из экспериментов он оказался на 49,4 процента ниже, чем реальный. Результаты опубликованы в Current Biology. Когда мы берем какой-то предмет, его ощущаемый вес связан с чувством усилия — величиной двигательных команд, которые направляются мышцам. За восприятие веса самого нашего тела и его частей тоже отвечает центральная нервная система, но нет конкретных сенсорных рецепторов, которые были бы в этом задействованы. Воспринимаемый вес тела может меняться из-за усталости, анестезии и других факторов. Пациенты, перенесшие инсульт с параличом конечности, часто жалуются на то, что конечность стала тяжелее. Протезы тоже кажутся людям более тяжелыми, хотя часто весят меньше реальной руки или ноги. Элиза Ферре (Elisa R. Ferrè) из Лондонского университета и ее коллеги решили выяснить, как люди воспринимают вес собственной кисти. В трех экспериментах участвовали 60 человек. До начала испытаний каждый участник опускал кисть левой руки, опирающейся на предплечье, на 30 секунд, чтобы оценить ее вес. Затем к уже лежащей на подушке руке крепили браслет, на который подвешивали грузы разной массы. Участники должны были сказать, что ощущалось тяжелее — кисть или груз. Грузом выступали пакетики с рисом, всего их было 16 штук, а их масса составляла от 100 до 600 грамм. В экспериментах ученые использовали психофизическую лестницу. Среднюю массу кисти, согласно ранее проведенным исследованиям, ученые взяли за 400 грамм. Первый подвешенный груз отличался на 200 грамм, то есть его масса составляла 200 либо 600 грамм — в зависимости от того, была лестница нисходящей или восходящей. Массу следующего груза выбирал алгоритм: если участник считал, что груз тяжелее ладони, следующий подвешенный груз был легче, и наоборот. Так спустя какое-то количество испытаний масса грузов начинала колебаться вокруг некоторой цифры — предполагаемой (участником) массы кисти. В первом эксперименте 20 участников просто сравнивали вес кисти и вес груза. Всего с ними провели три блока по 20 испытаний. В конце эксперимента ученые измерили реальную массу кистей участников, посчитав объем вытесненной рукой воды. Средняя масса кисти составила 327,9 грамм. Участникам, однако, казалось, что их кисть весит гораздо меньше: средний ощущаемый вес кисти оказался в среднем на 49,4 процента ниже, чем реальный, — то есть кисть, по мнению испытуемых, весила менее 200 грамм (p < 0,0001). Во втором эксперименте участвовало еще 20 человек. Теперь после серии испытаний ученые попросили людей в течение десяти минут делать упражнения с ручным тренажером, чтобы их кисть устала. Усталость люди оценивали по стобалльной шкале; до начала испытаний она составляла в среднем 10 баллов, а после упражнений — 70. И до, и после упражнений участники воспринимали свои ладони более легкими, чем есть на самом деле. Однако уставшая рука казалась им немного тяжелее, и ощущаемый вес был уже на 28,8 процента ниже реального (p < 0,01), по сравнению с 43,9 процента до упражнений (p < 0,0001). В третьем эксперименте другие 20 участников пытались взвесить свою руку и мешочки с рисом, однако теперь в каждом испытании они чувствовали поочередно и вес кисти, и вес груза. Независимо от того, что они взвешивали первым, рука все равно казалось им легче, чем она есть на самом деле — в среднем на 33,4 процента (p < 0,001) Исследователи предположили, что такое искажение восприятия, возможно, помогает нам сравнивать массы двух предметов, которые мы берем в обе руки. Если один предмет весит 400 грамм, а другой 500, и к ним добавляется еще и масса самих рук (около 3 килограмм), то распознать, что тяжелее, а что легче, будет сложно. Таким образом, перцептивное «вычитание» веса собственных конечностей может улучшить восприятие веса самих предметов. Также авторы считают, что занижение ощущаемого веса тела — механизм, который помогает нервной системе модулировать активность, или, наоборот, отдых. А воспринимаемый вес предметов можно изменить в виртуальной реальности. Например, если предмет движется медленнее, чем рука, он будет казаться немного тяжелее. А еще более тяжелыми виртуальные объекты станут, если надеть на запястья вибрирующие ремешки.