Слонам потребовалось очень много нейронов для управления хоботом и ушами

Ядро лицевого нерва слонов содержит исключительно много нейронов по сравнению со многими другими млекопитающими

Немецкие исследователи обнаружили, что ядро лицевого нерва слонов содержит исключительно много нейронов по сравнению со многими другими млекопитающими — в среднем от 54000 до 63000, в зависимости от вида. Авторы связывают это с управлением хоботом и ушами. Результаты исследования четырех саванных и четырех азиатских слонов опубликованы в Science Advances.

Современные методы исследования позволяют все лучше понимать как устроен человек и животные. Так, в прошлом году ученым из тринадцати лабораторий удалось составить атлас нейронов первичной моторной коры млекопитающих на основе данных человека, мармозетки и мыши, а ранее команда японских нейробиологов смогла разметить вкусовую кору человека.

Несмотря на большое количество исследований, с помощью которых ученые пытаются раскрыть особенности строения и функций мозга различных животных, многое до сих пор остается неизвестно. Мозг слонов оставался одной из таких загадок из-за сложности добывания образцов для исследований.

Теперь зоологи и нейробиологи из Германии под руководством Лены Кауфман (Lena V. Kaufmann) из Берлинского университета имени Гумбольдта накопили достаточно материала, чтобы наконец изучить мозг саванного (Loxodonta africana) и азиатского слона (Elephas maximus) на четырех особях каждого вида. Они сфокусировались на нейронах ядра лицевого нерва, управляющих мышцами лица.

Для подсчета нейронов в ядре лицевого нерва слонов авторы использовали два метода: методику оптического фрационирования и методику подсчета всех нейронов в каждом десятом срезе. Оба метода показали схожие результаты: в среднем 62961-63202 нейронов у саванного слона и 52146-54103 у азиатского.

Далее авторы проверили, действительно ли большое количество лицевых нейронов связано только лишь с большим весом мозга слонов в 4,7 килограмм. Для этого они провели аллометрический анализ, который показывает связь между двумя величинами (в данном случае между количеством нейронов ядре лицевого нерва) в виде уравнения степенного закона. Это позволяет выразить симметрию масштаба, что важно при сравнении млекопитающих с разными размерами. С помощью этого метода авторы построили логарифмический график, на котором сравнили количество лицевых нейронов слонов и других видов млекопитающих. Таких нейронов у слонов оказалось в разы больше, чем ожидалось у приматов в переведенной шкале — разница была в три 95 процентных доверительных интервала.

Следующим этапом стало сопоставление субъядер, отвечающих за движение мышц лица, двух видов слонов и других млекопитающих. Авторы предположили, что дорсальное и латеральное субъядра у слонов могут отвечать за дорсальные и вентральные мышцы хобота на основании нескольких причин, среди которых была топография областей ядра, отвечающих за разные мышца лица у млекопитающих, а также большой размер и продолговатая форма дорсального и латерального субъядра. Их предположения подтверждалось и сравнением количества аксонов в ветвях лицевого нерва и соответствующих субъядрах.

Оставалось вопросом также и то, почему у саванных слонов больше лицевых нейронов, чем у азиатских. Одна из причин — размер ушей. На управление большими ушами у саванных слонов уходит около 11965 нейронов, а у азиатских — 7498. Кроме того, хобот саванных слонов имеет два отростка, что позволяет слонам захватывать им объекты, а у азиатских слонов таких отростков нет, поэтому они могут взять объект только полностью обхватив его хоботом.

Ранее мы рассказывали про то, что Международный союз охраны природы в прошлом году разделил африканских слонов на саванных и лесных, а также про подсчет слонов нейросетью по спутниковым снимкам.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Птицы научились использовать лапы вместо рук благодаря древесному образу жизни предков

Эта способность независимо возникала у пернатых более 20 раз

Орнитологи объяснили, как некоторые птицы приобрели задние конечности, пригодные для того, чтобы манипулировать предметами, например, хватать добычу или подносить пищу к клюву. Оказалось, что подавляющее большинство видов, обладающих этим признаком, относятся к кладе Telluraves, объединяющей, в частности, дневных хищных птиц, сов, попугаев и воробьинообразных. Судя по всему, миллионы лет назад ранний представитель данной группы перешел к древесному образу жизни, что впоследствии позволило его потомкам как минимум 20 раз обзавестись лапами, которые можно использовать вместо рук. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Communications Biology. Задние конечности позволяют разным видам птиц ходить, бегать, грести и сидеть на растениях или других опорах. А некоторые пернатые научились использовать их, чтобы удерживать предметы, хватать их и манипулировать ими. Например, хищные птицы ловят добычу когтистыми лапами; воробьинообразные пальцами прижимают к поверхности кусочки пищи, чтобы их было удобнее расклевать; а попугаи подносят еду задними конечностями прямо к клюву. Предполагается, что способность птиц использовать лапы для манипулирования различными объектами независимо развилась у нескольких групп благодаря древесному образу жизни. Однако четких подтверждений у этой идеи до сих пор не было. Поискать их решила команда орнитологов под руководством Кристиана Гутьерреса-Ибаньеса (Cristián Gutiérrez-Ibáñez) из Университета Альберты. Сначала исследователи проанализировали научные статьи и монографии и обнаружили в них упоминания о способности удерживать, хватать и подносить к клюву предметы с помощью задних конечностей для 259 видов птиц из 85 семейств. Затем они поискали фотографии и видеозаписи пернатых, ведущих себя подобным образом, в базах данных Macaulay Library и Wikiaves, а также на сайтах Google Images, Flickr, Alamy, YouTube, Twitter и Instagram*. Это позволило дополнить литературные сведения и исключить анекдотические и ошибочные свидетельства. В общей сложности Гутьерресу-Ибаньесу и его коллегам удалось обнаружить 3725 изображений и видеороликов, на которых запечатлены птицы, использующие лапы в качестве манипуляторов. В результате эту способность удалось подтвердить для 1054 видов пернатых из 13 отрядов и 64 семейств. Особое внимание авторы уделили отрядам и семействам, среди представителей которых умение использовать задние конечности вместо рук хорошо известно и широко распространено, например, совам, ястребообразным и соколообразным, попугаям, врановым и синицам. Этот навык подтвердился у 40-95 процентов видов из таких групп. Сравнив полученные результаты с филогенетическим древом птиц, исследователи пришли к выводу, что подавляющее большинство видов пернатых, способных использовать лапы для манипулирования предметами, относятся к кладе Telluraves. Она включает более десяти отрядов, включая ястребообразных, соколообразных, совообразных, попугаеобразных и воробьинообразных. Согласно предложенной авторами реконструкции, появлению у Telluraves задних конечностей, пригодных для удержания предметов, предшествовал переход к древесному образу жизни, который произошел в истории клады всего один раз. Вероятно, миллионы лет назад ранний представитель этой группы, перешедший к жизни на деревьях, обзавелся лапами, которые позволяли ему удерживаться на ветвях и стволах. Такие лапы в процессе эволюции относительно легко преобразовать в манипуляторы. Благодаря преадаптации, связанной с древесным образом жизни общего предка, представители клады Telluraves смогли 20 раз независимо друг от друга развить задние конечности, с помощью которых можно манипулировать предметами. По крайней мере 14 из этих случаев приходятся на отряд воробьинообразных. При этом за пределами группы Telluraves использование лап вместо рук развилось всего четыре раза и встречается менее чем у 15 видов, среди которых восемь видов относятся к роду султанок (Porphyrio). Авторы отмечают, что способность манипулировать объектами с помощью лап неодинаково развита в разных группах, освоивших данный навык. Например, воробьинообразные, за исключением нескольких семейств, могут только прижимать предметы лапами к поверхности. В то же время ястребообразные, соколообразные и совы умеют хватать добычу или другие объекты задними конечностями и подносить ими пищу к клюву. Однако даже им далеко до попугаев, которые помимо этого могут вращать лапами во время манипулирования предметами и иногда даже применяют их во время работы с инструментами. Вероятно, общий предок всех современных попугаев уже умел использовать задние конечностей в качестве манипуляторов; впрочем, его потомки по крайней мере семь раз утрачивали этот признак. Работа Гутьерреса-Ибаньеса и его коллег стала одним из первых исследований, в которых эволюция способности манипулировать предметами с помощью конечностей изучается не на млекопитающих. Авторам удалось подтвердить, что у птиц появление данного навыка в большинстве случаев связано с древесным образом жизни. В какой-то степени возникновение лап, которые можно использовать вместо рук, также объясняется рационом пернатых. Например, в группах, представители или предки которых питаются или питались беспозвоночными и мелкими позвоночными, этот признак встречается чаще. Однако связь здесь не прямая, так что подобный рацион не обязательно приводит к появлению задних конечностей, пригодных для манипулирования объектами. Ранее мы рассказывали, как американские палеонтологи изучили образцы бирманского янтаря, содержащие остатки двух видов энанциорнисовых птиц с уникальным строением ног. У одного вида был длинный третий палец, который, вероятно, служил для добычи насекомых из древесины, у другого — широкий четвертый палец, позволявшийкрепче держаться за подвижные ветки во время выслеживания добычи. Такое строение задних конечностей ранее не встречалось ни среди энанциорнисов, ни среди других групп птиц. *Instagram принадлежат компании Meta, деятельность которой в России запрещена.