Осы осознали абстрактные понятия «одинаковый» и «разный»

Зоологи выяснили, что бумажные осы Polistes fuscatus осознают понятия «одинаковый» и «разный». В экспериментах эти насекомые научились отличать друг от друга пары одинаковых и пары разных изображений. Более того, в дополнительном тесте они применили усвоенную закономерность к запаховым меткам. Как отмечается в статье для журнала Proceedings of the Royal Society B, ранее среди всех беспозвоночных такая способность была описана лишь для медоносных пчел.

Многие животные хорошо различают похожие, но отличающиеся стимулы, например, съедобный плод от несъедобного или голос сородича от голоса представителя близкого вида. При этом они ориентируются на конкретные свойства этих стимулов, такие как цвет, запах или форма. Однако способность осознавать абстрактные понятия «разный» и «одинаковый» встречается намного реже. В прошлом ее вообще приписывали исключительно приматам, но дальнейшие исследования продемонстрировали, что она также характерна для врановых, голубей, попугаев, уток и дельфинов. А медоносные пчелы (Apis mellifera), натренированные по цвету отличать одинаковые объекты от разных, без дополнительного обучения перенесли этот принцип на запахи.

Команда зоологов под руководством Хлои Уис (Chloe Weise) из Мичиганского университета решила больше узнать о том, как беспозвоночные воспринимают понятия «разный» и «одинаковый». Исследователи сосредоточили внимание на североамериканских бумажных осах Polistes fuscatus, которые демонстрируют сложное социальное поведение и узнают сородичей по индивидуальным узорам на лице. Кроме того, эти насекомые способны отличать членов своей колонии от чужаков по запаху.

На первом этапе исследования Уис и ее коллеги натренировали ос отличать разные объекты от одинаковых. Для этого насекомых по одному сажали в квадратную камеру, на каждой стенке которой размещалось по два изображения осиных лиц или цветных участка (то есть по восемь изображений на камеру). В общей сложности каждую осу четырежды помещали в камеру, где все стимулы были одинаковыми, и четырежды — в камеру, где стимулы в парах отличались друг от друга. При этом часть ос получала безвредный, но ощутимый удар током при контакте с одинаковыми стимулами, а половина — при контакте с разными. Например, чтобы научить осу избегать отличающихся стимулов, исследователи на две минуты помещали ее в камеру с желтыми и синими изображениями и ударяли током. Затем, после минутного отдыха, насекомое оказывалось в камере, где все изображения были зелеными. Здесь оно не получало удара током. После этого данный цикл повторяли еще трижды с изображениями других цветов.

После этого Уис с соавторами помещали ос в лабиринт с двумя дверцами, на поверхности которых была размещена пара одинаковых или пара разных стимулов. При этом исследователи использовали изображения, которые не встречались насекомым на этапе тренировок. Пол лабиринта был наэлектризован, а единственный безопасный участок находился за одной из дверец. Для ос, которых обучили избегать одинаковых стимулов, он располагался за дверцей с двумя разными изображениями, а для ос, обученных избегать разных стимулов, — за дверцей с двумя одинаковыми изображениями. Каждое насекомое прошло десять таких тестов.

Через сорок пять минут после первого испытания исследователи повторили его с новым типом стимулов. Ос вновь сажали в лабиринт с электрифицированным полом и двумя дверцами, за одной из которых находился безопасный участок. При этом на каждую дверцу была нанесена пара изображений осиных лиц, цветных изображений или запаховых меток. Особям, которых тренировали на цветных метках, предлагали дверцы с изображениями лиц или запаховыми метками, а тем, что тренировались на лицах сородичей, — цветные метки. Как и в первом эксперименте, осам, обученным избегать одинаковых стимулов, нужно было пройти за дверь с двумя разными изображениями или запаховыми метками, а осам, которых научили избегать разных стимулов, — за дверь с одинаковыми изображениями или запаховыми метками. На данном этапе с каждым насекомым проводился всего один тест.

В обоих экспериментах осы чаще выбирали правильную дверцу (p<0,001 и р<0,01 соответственно). В среднем они проходили в правильные дверцы более чем в 80 процентах случаев, что сравнимо с результатами позвоночных животных. При этом насекомые, обученные отличать одинаковые и разные цветные изображения, так же хорошо справлялись с этой задачей, когда стимулы заменяли на изображения осиных лиц или запаховые метки. А особи, которых тренировали на лицах сородичей, с такой же вероятностью отличали друг от друга одинаковые и разные цветные изображения. Иными словами, осы переносят закономерность, усвоенную на одном типе стимулов, на другой тип стимулов.

Результаты исследования демонстрируют, что бумажные осы P. fuscatus осознают абстрактные понятия «одинаковый» и «разный». Это вторые беспозвоночные после медоносных пчел, для которых продемонстрирована данная способность. Уис и ее коллеги подчеркивают, что для решения столь сложной задачи осам и пчелам достаточно менее миллиона нейронов. Для сравнения, у позвоночных, способных осознавать понятия «одинаковый» и «разный», нейронов намного больше: у голубей около 310 миллионов, а у макак — около шести миллиардов.

Ранее мы рассказывали, как биологи выяснили, что выращенные в условиях социальной изоляции бумажные осы P. fuscatus имеют менее развитый передний зрительный бугорок. Вероятно, по этой причине они теряют способность узнавать лица сородичей.

Сергей Коленов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Ген голого землекопа продлил жизнь мышей и защитил их от рака

Он повышает синтез высокомолекулярной гиалуроновой кислоты

Американские и российские исследователи обнаружили, что трансгенные мыши с повышенной экспрессией гена синтазы гиалуроновой кислоты от голых землекопов меньше подвержены спонтанному и индуцированному раку, дольше живут и дольше сохраняют здоровье. Кроме того, у таких животных значительно снижен уровень воспаления в различных тканях. Отчет о работе опубликован в журнале Nature. Голые землекопы (Heterocephalus glaber) выделяются среди грызунов крайне высокой продолжительностью жизни (в неволе — более 40 лет). Кроме того, у них слабее работают рецепторы внутреннего уха и механизмы торможения в нервной системе, зато замедлено клеточное старение и короче иммунная память (из-за чего у них больше наивных лимфоцитов для реакции на новые инфекции). Одно из главных отличий голых землекопов от других млекопитающих состоит в том, что они практически не болеют раком. Как было показано ранее, это связано с высоким содержанием в их тканях высокомолекулярной гиалуроновой кислоты. Этот гликозаминогликан составляет основу внеклеточного матрикса, участвует в пролиферации и миграции клеток, а также влияет на прогрессирование опухолей, причем его свойства зависят от молекулярной массы — высокомолекулярный обладает защитными свойствами, низкомолекулярный — наоборот. Голые землекопы продуцируют гиалуроновую кислоту с крайне высокой молекулярной массой (более 6,1 мегадальтона), которая оказывает мощную цитопротекцию. Чтобы проверить, производит ли она схожий эффект у других видов животных, сотрудники Университета Рочестера, Гарвардской медицинской школы, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Московского государственного университета под руководством Андрея Селуанова (Andrei Seluanov) и Веры Горбуновой (Vera Gorbunova) создали трансгенных мышей с управляемой повышенной экспрессией гена синтазы 2 гиалуроновой кислоты голого землекопа (nmrHas2). У самок и самцов таких животных наблюдалось повышенное содержание высокомолекулярной гиалуроновой кислоты в мышцах, сердце, почках и тонкой кишке; низкое — в печени и селезенке, утилизирующих ее. Тем не менее оно было ниже, чем у голых землекопов, что, вероятно, связано с более высокой активностью гиалуронидазы у мышей. Наблюдения в когортах из 80–90 животных показало, что экспрессирующие трансген nmrHas2 мыши умирают от спонтанного рака реже, чем обычные (57 против 70 процентов). Эта разница была еще заметнее у пожилых (старше 27 месяцев) животных — 49 против 83 процентов. В эксперименте по химической индукции кожного канцерогенеза нанесением 7,12-диметилбензантраценом (DMBA) и форбол-12-миристат-13-ацетатом (TPA) число папиллом на 21-й неделе от него у трансгенных мышей было почти вдвое меньше, чем у обычных. От пола животных подверженность раку не зависела. Масса тела животных из обеих групп в течение жизни не различалась. При этом экспрессирующие nmrHas2 мыши жили дольше, чем обычные — медианная продолжительность жизни у них была на 4,4 процента, а максимальная — на 12,2 процента больше. У животных женского пола сильнее различалась медианная продолжительность жизни (на девять процентов), а мужского — максимальная (на 16 процентов). Оценка эпигенетического возраста по паттернам метилирования ДНК в печени в возрасте 24 месяцев показала, что у трансгенных мышей он примерно на 0,2 года меньше хронологического. Животные из основной группы жили не только дольше жили, но и дольше оставались здоровыми. У них медленнее, чем в контрольной группе, возрастал интегральный индекс немощности (frailty index), который рассчитывается по 31 физиологическому показателю, и они в пожилом возрасте сохраняли подвижность и координацию движений в тесте на ротароде. Кроме того, у трансгенных самок замедлялось развитие остеопороза. Анализ транскриптомов различных органов и тканей экспрессирующих nmrHas2 пожилых мышей выявил особенности, присущие молодым животным, и пониженный уровень воспаления, связанного с возрастом. Молекулярные исследования показали, что высокомолекулярная гиалуроновая кислота производит противовоспалительные и иммунорегулирующие эффекты, а также предохраняет клетки от окислительного стресса. Кроме того, она стимулирует барьерную функцию кишечного эпителия, сохраняет стволовые клетки кишечника и поддерживает оптимальный состав кишечной микробиоты, что дополнительно способствует снижению возрастного воспаления. Таким образом, высокомолекулярная гиалуроновая кислота, произведенная трансгеном nmrHas2, продлила жизнь мышей и сохранила их здоровье в пожилом возрасте, подавляя возрастные воспалительные реакции. Это значит, что эволюционные адаптации долгоживущих животных, таких как голый землекоп, можно искусственно воспроизвести у других видов — возможно, и у человека — с пользой для их здоровья. Также полученные результаты указывают на потенциал клинического применения высокомолекулярной гиалуроновой кислоты для лечения возрастных воспалительных заболеваний кишечника и других органов, заключают авторы работы. В 2016 году исследователи из Великобритании, Германии и ЮАР выяснили, что низкая болевая чувствительность голых землекопов связана с мутацией гена одного из рецепторов воспринимающих боль нейронов. Годом позже американские, немецкие, британские и южноафриканские ученые показали, что эти животные могут долго обходиться без кислорода — в эксперименте они выжили 18 минут в атмосфере чистого азота, после чего восстановили аэробный метаболизм.