Губаны-чистильщики узнали себя в зеркале
Рыбы губаны-чистильщики (Labroides dimidiatus) прошли знаменитый зеркальный тест на самосознание: японские ученые выяснили, что при помещении к стенке аквариума зеркала рыбы начинают вести себя странно и агрессивно по отношению к своему отражению, но со временем начинают понимать, что это они сами. В их статье, опубликованной в журнале PLoS Biology, поднимается вопрос о том, значит ли это то, что рыбы в действительности обладают самосознанием, или же зеркальный тест в действительности не такой точный.
Зеркальный тест был впервые разработан и протестирован в 1970-х годах психологом из Университета Олбани Гордоном Гэллапом-младшим (Gordon Gallup Jr.). Его основаная задача — изучение того, обладает ли животные способностью к пониманию границ собственного тела, то есть самосознанию. Сам Гэллап впервые испробовал тест на шимпанзе: для этого на тело животного в бессознательном состоянии была нанесена красная краска без запаха, после чего его отпускали к зеркалу. В случае, если особь прикасается к пятну, которое без зеркала увидеть нельзя, ученые делают вывод о том, что животное понимает, что в зеркале — его отражение, а не другая особь. Помимо людей (у нас эта способность чаще всего развивается к середине первого года жизни) и шимпанзе зеркальный тест также проходят другие виды приматов, а также некоторые дельфиновые.
Ученые под руководством Масанори Кохда (Masanori Kohda) из Университета Осаки решили проверить способность узнавать себя в зеркале у рыб. Участники нового исследования, губаны-чистильщики, — симбиотические чистильщики, которые чаще всего живут на теле более крупной хищной рыбы, очищая ее и питаясь полученными от нее отходами.
Ученые поместили в аквариум десять рыб и какое-то время понаблюдали за их поведением. После к одной из стене аквариума поставили зеркало, и семь из десяти рыб начали вести себя агрессивно, пытаясь атаковать свое отражение: наиболее агрессивное поведение наблюдалось в первый день эксперимента и снизилось к седьмому.
Затем рыбы начали плавать вверх и вниз около зеркала: по словам ученых, такое поведение нетипично для рыб и не наблюдалось ни у контрольной группы, ни у особей этого вида в предыдущих исследованиях.
Наконец, под чешую рыб в районе брюха ввели пятно красной краски (контрольной группе ввели прозрачную жидкость) и снова пустили их к аквариуму. Ученые заметили, что рыбы стали поворачиваться к зеркалу брюхом и «осматривать» пятно, после чего пытались соскрести его — терлись о дно аквариума. Ученые также оставили красное пятно на стенке аквариума, но к нему рыбы были безразличны.
Способность узнавать себя в зеркале — не врожденная даже у человека и обычно разделяется на несколько фаз. В первую фазу отражение считается другой особью, в отношении которой проявляется либо агрессивное поведение, либо просто заинтересованность. Во вторую фазу у особи наблюдается поведение, нехарактерное в отсутствии зеркала: считается, что в это время она проверяет, повторяются ли движения в отражении. Наконец, вывод о том, что особь может узнать себя в зеркале, делается тогда, когда она начинает исследовать свое отражение — например, когда смотрит на красную точку, которую не видно без использования зеркала.
Ученые заключили, что заметили у губанов-чистильщиков все характерные фазы развития способности узнавать себя в зеркале. Тем не менее, они не утверждают, что это значит, что рыбы обладают способностью к самосознанию. В статье они скорее поднимают дискуссию о валидности теста с зеркалом, отмечая возможность того, что прохождение такого теста может говорить о том, что в поведении, которое особь (любая особь, не только рыба) показывает, видя себя в зеркале, задействованы другие эволюционные и когнитивные механизмы, которые необязательно значат то, что она в действительности обладает самосознанием.
Несмотря на многообещающие результаты, работу, поэтому, можно считать спорной. Об этом также говорит редакторское замечание к статье, также опубликованное в PLoS Biology: его автор, психолог из Университета Эмори Франс де Ваал (Frans de Waal) отметил, что поведение, которое показали рыбы в проведенном эксперименте, скорее напоминает прохождение теста гиббоновыми, а не более развитыми приматами гоминидами, которые включают в себя человека. Назвать рыб способными к самосознанию, по его мнению, губанов-чистильщиков нельзя. Тем не менее, авторы статьи собираются реплицировать полученные данные в будущих экспериментах.
В 2017 году американские ученые попытались разработать подобие зеркального теста для собак, у которых основное средство восприятия — не зрение, а обоняние. Добавляя в их мочу различные примеси, они заметили, что собаки по-разному реагируют на разные запахи, что, впрочем, не говорит об их способности к самосознанию.
Елизавета Ивтушок
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.