Синицы оказались мастерами самоконтроля
Шведские ученые обнаружили, что большие синицы обладают значительной способностью к подавлению импульсивных действий и не сильно уступают в этом таким высокоинтеллектуальным животным, как вороны и шимпанзе. Как пишут авторы статьи, опубликованной в Behavioral Ecology and Sociobiology, синицы, таким образом, опровергают теорию, что способность к самоконтролю прямо пропорциональна размеру мозга животного.
Под способностью к самоконтролю у животных подразумевается умение подавлять мгновенное стремление к получению награды ради большей выгоды в будущем. Считается, что эта способность коррелирует со степенью развитости других когнитивных способностей, и, следовательно, присуща в основном высокоинтеллектуальным животным, таким как приматы, некоторые попугаи или птицы семейства врановых. Более того, считается, что интеллектуальные способности, в частности, способность к самоконтролю, прямо пропорциональны размеру мозга животного.
Ученые из университета Лунда (Швеция) показали, что большие синицы (Parus major) — птицы из семейства воробьиных — в стандартном тесте на самоконтроль справляются с заданием лучше, чем большинство протестированных животных и по способности подавлять импульсивное поведение немного уступают лишь воронам и шимпанзе. При этом объем мозга синицы составляет всего три процента от объема мозга ворона.
В стандартном тесте, оценивающем способность к самоконтролю, животное сначала обучают доставать еду из непрозрачного цилиндра, открытого с обоих концов. Затем ему предлагают прозрачный цилиндр с угощением, расположенный перпендикулярно направлению взгляда подопытного. Животное проходит тест, если целенаправленно достает угощение с открытого конца, если же в первую очередь следует попытка схватить (клюнуть) пищу прямо через стенку цилиндра, тест провален. При обучении животным также демонстрируют пустые пластиковые прозрачные цилиндры или бутылки, чтобы познакомить их с концепцией прозрачного объекта.
В одном из исследований у протестированных таким образом 36 видов животных и птиц объем мозга оказался лучшим параметром, предсказывающим результаты теста. Тем не менее, эксперимент шведских зоологов показывает, что это не всегда так. В их тесте с цилиндром поучаствовали 36 синиц. Оказалось, что синицы справляются с задачей в среднем в 80 процентах, если им раньше показывали прозрачные цилиндры, и в 60 процентах случаев, если не показывали. По сравнению с другими птицами синицы уступили только воронам, которые справлялись с задачей в 90-100 процентах случаев. Таким образом, большие синицы продемонстрировали очень высокую способность к самоконтролю, несмотря на свой маленький мозг. Авторы предположили, что для птиц эта закономерность не всегда выполняется, так как плотность нейронов у них гораздо выше, чем у млекопитающих.
Большие синицы также демонстрируют неплохие способности к обучению. К примеру, годом ранее ученые
, что информацию о том, что еда плохого качества, синицы получают, наблюдая за своими сородичами.
Но увеличиться в размерах им не удалось
Американские и бразильские исследователи представили результаты наблюдений за эволюцией клеток с синтезированным искусственно минимальным геномом. За две тысячи поколений они восстановили приспособляемость к внешним условиям, но не смогли увеличиться в размерах. Статья об этом опубликована в журнале Nature. В 2010 году сотрудники Института Дж. Крейга Вентера получили первую клетку с полностью искусственным геномом. Для этого они удалили собственную ДНК у бактерии Mycoplasma mycoides и заменили ее на несколько модифицированную, синтезированную в лаборатории. Она состояла примерно из миллиона пар азотистых оснований и содержала 901 ген. Клетка получила название JCVI-syn1.0. После этого исследовали задались целью выяснить, какой минимальный набор генов необходим клетке для самостоятельного выживания и размножения, и стали снабжать клетки все более урезанными геномами. О том, как это происходило, подробно рассказывает материал «Прожиточный минимум», вышедший в 2016 году, когда была создана версия JCVI-syn3.0 с минимальным геномом, который состоял всего из 473 генов. Этого оказалось недостаточно для устойчивого размножения и удобства экспериментов, и несколько генов пришлось добавить. Текущая версия JCVI-syn3B, о которой идет речь в новой работе, содержит 493 гена. На сегодняшний день это организм с наименьшим известным геномом, способный расти в чистой лабораторной культуре. Джей Ти Леннон (J. T. Lennon) из Университета Индианы с коллегами из Института Дж. Крейга Вентера и других научных центров Бразилии и США сравнили уровень накопления мутаций у организмов с минимальным и не минимальным геномами — JCVI-syn3B и JCVI-syn1.0. Чтобы минимизировать влияние естественного отбора, их предварительно акклиматизировали в стандартной жидкой питательной среде и последовательно выращивали несколько моноклональных популяций из одной забранной клетки. Оказалось, что среднее число мутаций на нуклеотид за поколение у них практически неразличимо: 3,25 × 10−8 против 3,13 × 10−8 (p = 0,667). Это наивысший уровень накопления мутаций, когда-либо зафиксированный у клеточных организмов, что соответствует имеющимся представлениям о том, что при меньшем геноме скорость мутаций выше (а у M. mycoides она высока изначально). Общее распределение мутаций по типам (инсерции, делеции, однонуклеотидные замены) также оказалось схожим (χ22 = 4,16; p = 0,125). Однако состав однонуклеотидных мутаций, которые составляли 88 процентов от общего количества, у JCVI-syn3B и JCVI-syn1.0 был разным. В обоих типах клеток замена гуанина или цитозина на аденин или тимин происходила значительно чаще, чем наоборот, однако степень этого неравновесия была разной: в 30 раз при не минимальном геноме и в 100 раз — при минимальном. Вероятно, это связано с отсутствием у последних гена ung, отвечающего за эксцизию неверно встроенного в ДНК урацила. Выяснив это, исследователи поставили эволюционный эксперимент, пронаблюдав за 2000 поколений в популяции из более чем 10 миллионов клеток. За такой период каждый нуклеотид их генома должен был мутировать более 250 раз, что создает неограниченное генетическое разнообразие для адаптации к среде. Таким образом, при прочих равных условиях потенциальная разница в путях естественном отборе между популяциями у JCVI-syn3B и JCVI-syn1.0 обусловлена только искусственным урезанием генома. Оказалось, что изначально она приводит к снижению максимальной скорости роста примерно наполовину. Однако этот показатель растет линейно со временем, и концу эксперимента приспособляемость клеток в двух группах практически сравнялась, а если оценивать ее относительно, то клетки с минимальным геномом эволюционировали на 39 процентов быстрее, и генетические паттерны эволюционных путей у них отличались. Наиболее выраженной особенностью JCVI-syn3B стало то, что в процессе эволюции их клетки не увеличивались в размерах, что обычно происходит при достатке питательных веществ (клетки JCVI-syn1.0 за это время увеличились в среднем на 85 процентов в диаметре и десятикратно в объеме). За это отвечали эпистатические эффекты мутаций в гене ftsZ прокариотического гомолога тубулина, который регулирует деление и морфологию клетки. Полученные результаты демонстрируют, что естественный отбор способен быстро повысить приспособляемость наипростейших автономно растущих организмов, причем минимизация генома открывает возможности вовлечения в эволюционный процесс ключевых генов, которые обычно эволюционируют медленно, пишут авторы работы. В 2022 году исследовательский проект LTEE представил результаты эволюционного эксперимента с 2000 поколений кишечных палочек с различными наборами исходных признаков. Оказалось, что, хотя генетическое разнообразие имеет существенное значение на ранних стадиях приспособления, основную роль в эволюционном процессе при бесполом размножении играют случайные мутации.