Шмели научились различать цветы по двум разным подсказкам
Земляные шмели могут находить самый выгодный для сбора нектара цветок не только по особому распределению запахов на его лепестках, но и по визуальному узору. Британские ученые выяснили, что, выучив распределение запахов цветка, из которого можно получить вознаграждение, шмели затем выбирают цветы с похожим окрасом. Статья опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society B.
За запах цветков отвечает распределение на их лепестках летучих органических веществ, которые производят различные органы растения. Каждый цветок имеет свой определенный узор распределения запаха и служит, таким образом, своеобразным навигатором для опылителей. Разумеется, запах — не единственный сигнал, который могут использовать опылители для эффективной навигации. Они также могут распознавать зрительные и тактильные сигналы, а сам цветок — соединять сигналы сразу нескольких сенсорных модальностей: например, место высокой концентрации пигмента в лепестке может отличаться шероховатостью. До сих пор, однако, неизвестно, способны ли опылители соотносить различные сенсорные сигналы отдельных цветков в единый узор.
Изучить эту способность на примере земляных шмелей решили ученые из Бристольского университета под руководством Шона Рэндса (Sean A. Rands). Для эксперимента они использовали искусственные цветы: белые пластиковые диски с 24 небольшими отверстиями. Отверстия определенного расположения (либо крест, либо круг) были пропитаны маслом перечной мяты, запах которой привлекает шмелей. Самих насекомых разделили на две группы и обучили их «опылять» только пластинки с определенным узором, помещая в обработанные мятой отверстия вознаграждение — раствор сахарозы.
Во время тренировки шмелям давали выбор из нескольких цветов с разным узором запахов мяты и вознаграждением (или отталкивающим стимулом) в центральном отверстии. В зависимости от группы обучения шмели получали раствор сахарозы из центрального отверстия цветков с крестовым узором, а из центрального отверстия цветков с круговым узором — солевой раствор (отталкивающий) или обычную воду. Обучение считалось успешным, если насекомое пило из центрального отверстия с сахарным раствором хотя бы 8 раз из 10; ученые также отмечали, сколько раз каждая особь садилась на отверстия определенного узора.
После успешного прохождения обучения ученые заменили обонятельные стимулы на зрительные: вместо привлекающего запаха перечной мяты узор пометили, раскрасив отверстия в красный цвет. Исследователи заметили, что шмелей больше (p = 0,002) привлекали те цветы, расположение красных отверстий на которых соответствовало уже выученному узору запахов.
Ученые также провели дополнительный эксперимент, в ходе которого шмелям необходимо было научиться искать вознаграждение в цветках, в которых узор зрительных стимулов отличался от обонятельных. Авторы заметили, что шмелям необходимо гораздо меньше времени на обучение, если два сенсорных узора соответствуют друг другу.
Ученым, таким образом, удалось показать, что шмелям не только удается определить наиболее выгодный для сбора нектара цветок по узору запаха, который он источает, но также и перенести это знание на другую сенсорную систему — зрительную. Полученные результаты говорят в пользу существования в системе восприятия шмелей кросс-модальности — способности определять объект (в данном случае — цветок) с помощью не одной сенсорной модальности, а нескольких (в данном случае — обонятельной и зрительной). Подобным восприятием обладает и человек: к примеру, кричащего человека мы можем определить не только по звуку крика, но и по соответствующему выражению лица, причем даже в том случае, если изображение лица не сопровождается звуком.
Зимой та же группа ученых обнаружила, что при поиске наиболее выгодных для сбора нектара цветков шмели могут ориентироваться на тепловой узор внутри него: распределение тепла внутри такого узора может варьироваться в пределах двух градусов, чего вполне достаточно для того, чтобы привлечь насекомое.
Елизавета Ивтушок
Ее произвели макрофаги в верхнем шейном нервном узле
Немецкие и американские исследователи пришли к выводу, что расстройства сна при хронических заболеваниях сердца связаны с нарушением симпатической иннервации шишковидного тела, вырабатывающей мелатонин, связанными с сердцем провоспалительными иммунными клетками. Публикация об этом появилась в журнале Science. У людей и других млекопитающих смену периодов сна и бодрствования контролирует секреция мелатонина, синхронизированная с 24-часовым циклом смены дня и ночи на Земле. Этот гормон вырабатывает шишковидное тело (эпифиз), расположенное в надталамической области головного мозга, в ответ на уровень симпатической иннервации из верхнего шейного узла. Помимо эпифиза и некоторых других органов этот узел иннервирует и сердце. Известно, что при хронических сердечных заболеваниях зачастую снижается уровень мелатонина и возникают сопутствующие нарушения сна, которые негативно сказываются на течении болезни и качестве жизни пациента. Механизмы этого явления изучены не были, при этом они могли бы дать почву для разработки новых методов лечения. Чтобы разобраться в этом вопросе, сотрудники различных научных центров Германии и США под руководством Штефана Энгельхардта (Stefan Engelhardt) из Мюнхенского технологического института изучили посмертные препараты эпифизов семи человек с кардиологическими заболеваниями и девяти без них. Оказалось, что при болезнях сердца значительно снижена плотность аксонов (то есть иннервация) в этой железе. Выяснив это, авторы работы перешли к экспериментам на мышах с двумя искусственно вызванными заболеваниями сердца: перегрузкой левого желудочка давлением путем хирургического сужения аорты и сердечной недостаточностью с сохранной фракцией выброса. Уровень мелатонина у таких животных был снижен, что сопровождалось нарушениями циркадианных ритмов. Генетическая маркировка помогла выявить у них резкое снижение симпатической иннервации эпифиза без нарушения его внутренней структуры и анатомического окружения. Морфометрическое и гистологическое исследование верхнего шейного узла продемонстрировало его значительную гипертрофию с замещением фиброзной соединительной тканью, что свидетельствует о тяжелом, возможно необратимом повреждении органа. Аналогичные изменения исследователи увидели на посмертных препаратах верхних шейных узлов кардиологических пациентов — рубцовая ткань замещала до 70 процентов их объема. При этом степень поражения узла значительно коррелировала со степенью ремоделирования миокарда в результате заболевания. Это подтвердили у живых пациентов с помощью УЗИ, а также обнаружили у них связь размеров верхнего шейного узла с фракцией выброса (функциональным показателем сердечной деятельности). После этого авторы работы выполнили секвенирование РНК одиночных клеток и ядер верхнего шейного узла мышей с кардиологическими заболеваниями, а также иммуногистохимическое окрашивание разных пулов его клеток и нервных связей с эпифизом. Выяснилось, что симпатическая иннервация железы значительно снижалась еще до декомпенсации сердечной недостаточности, и что при этом узел инфильтрирован провоспалительными макрофагами. В нервных узлах, не иннервирующих сердце, подобной инфильтрации не наблюдалось, уровни биомаркеров общего воспаления повышены не были, что свидетельствует о связи этих макрофагов именно с заболеванием сердца. Схожую картину удалось пронаблюдать и в посмертных образцах кардиологических пациентов. Транскриптомное профилирование межклеточных взаимодействий в верхнем шейном узле мышей на ранних стадиях болезни сердца показало, что сильнее всего нарушены связи между макрофагами и симпатическими нейронами, иннервирующими шишковидное тело. Еженедельные инъекции ингибитора макрофагов клодроната в этот узел сразу после операции по сужению аорты предотвращали денервацию железы и снижение уровня мелатонина. Эксперименты по совместному выращиванию клеток на питательной среде, подтвердили, что центральную роль в гибели симпатических нейронов играют активированные провоспалительные макрофаги. В 2020 году французские ученые обнаружили, что если люди засыпают позже привычного времени, то во время сна и на следующий день пульс у них значительно превышает норму. То же происходит и при засыпании на более чем полчаса раньше обычного, однако пульс при этом возвращается к норме уже через несколько часов сна. Годом позже британские исследователи показали, что с наименьшим риском сердечно-сосудистых заболеваний связан отход ко сну между 22 и 23 часами.