Безмозглые медузы научились избегать препятствия
Это может говорить о том, что для сложного ассоциативного обучения не нужен мозг
Исследователи из Германии и Дании доказали, что кубомедузы, не имеющие мозга, могут учиться на своих ошибках. Благодаря этому им удается избегать препятствий в естественной среде. Это может означать, что сложные нейронные процессы, лежащие в основе ассоциативного обучения, — свойство всех нервных систем, даже самых простых. Работа опубликована в Current Biology.
Способность к ассоциативному обучению обычно считается привилегией животных, имеющих мозг — позвоночных, членистоногих и моллюсков. У животных без центральной нервной системы в основном наблюдают более простое обучение — привыкание к повторяющимся стимулам или, наоборот, усиление реакции на них. Такое обучение называется неассоциативным, потому что не требует формирования связи между двумя несвязанными стимулами.
Однако несколько ранних исследований показали, что к формированию ассоциаций способны актинии Nematostella vectensis — простейшие животные из группы книдарий, у которых нет мозга. Ученые научили их связывать два стимула — удар током и свет, и в итоге актинии начинали сокращаться под действием света. При этом ни с током, ни с ярким светом актинии в естественной среде не сталкиваются — из-за этого неясно, влияет ли такая способность к ассоциативному обучению на их поведение.
Ян Белецкий (Jan Bielecki) из Кильского университета с коллегами из Дании сосредоточил внимание на другом представителе книдарий — маленькой кубомедузе Tripedalia cystophora, обитающей в Карибском море. Медузы T. cystophora питаются рачками, живущими в подводных корнях мангровых зарослей, поэтому им все время приходится маневрировать между этими корнями, чтобы не столкнуться с ними и не повредить мягкое тело. Считается, что кубомедузы оценивают контраст между корнями и окружающей средой и так определяют расстояние до препятствия. В этом им помогают глаза, которых насчитывается 24 — они собраны по шесть штук в четырех краевых тельцах (или ропалиях). Там же находятся скопления нейронов; мозга у кубомедуз все еще нет.
Видимость и контрастность корней сильно зависит от прозрачности воды, которая может меняться, — под это медузы должны подстраиваться. Чтобы разобраться, как им это удается, ученые провели несколько экспериментов. Сначала медуз поместили в резервуар, наполненный водой. Вместо мангровых корней на стенках резервуара были полосы, контрастность которых в разных тестах различалась. На полосы с высокой контрастностью медузы реагировали с самого начала — и не подплывали близко. А вот когда контрастность полос была низкой, медузы часто натыкались на стенки. Однако уже через 7,5 минуты частота столкновений снизилась на 50 процентов — с 1,8 до 0,78 в минуту. То есть после нескольких неудач медузы научились избегать препятствия, которые до этого плохо различали.
Исследователи предположили, что медузы учатся, объединяя визуальные стимулы и механические — то есть запоминают случаи, когда им все-таки не повезло врезаться в корень, и в результате спустя какое-то время меняют свое поведение. Это бы означало, что T. cystophora способны к сложному ассоциативному обучению. Чтобы это проверить, авторы провели другой тест. Они воздействовали на изолированные ропалии: показывали полоски разной контрастности и одновременно стимулировали нейроны током — стимуляция имитировала столкновение с препятствием. В итоге спустя пять минут и пять электрических импульсов нейроны стали чувствительны даже к низкоконтрастным полосам, на которые сначала не реагировали. А вот предъявление только одного стимула (полосы или удара током) не привело ни к какому результату.
Авторы пришли к выводу, что даже без мозга кубомедузы могут обучаться — и, судя по всему, используют это в своей обычной жизни. Вероятно, способность к ассоциативному обучению — фундаментальное свойство любых нервных систем. Ученые отметили, что, если это действительно так, кубомедузы могли бы стать хорошей моделью для исследования процессов, лежащих в основе обучения и памяти, — их нервная система достаточно проста, чтобы это было возможным.
Несколько лет назад ученые обнаружили, что другой вид медуз может спать — хотя считалось, что и это свойственно лишь животным с центральной нервной системой.
Ранее такой способ спаривания у млекопитающих не наблюдался
Зоологи обнаружили, что поздние кожаны спариваются иначе, чем все другие млекопитающие. Во время совокупления самцы этого вида летучих мышей используют внушительный пенис в качестве руки — они отодвигают хвостовую перепонку самки, после чего плотно прижимают кончик своего полового органа к вульве партнерши и без проникновения во влагалище впрыскивают в половые пути сперму. При этом присоска на конце пениса обеспечивает долгий половой контакт и транспортировку семенной жидкости внутрь тела самки. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Current Biology. Самцы животных используют пенис (и его аналоги) в первую очередь для того, чтобы доставлять сперму внутрь тела самки. Однако у некоторых видов этот орган выполняет и другие функции. Например, он может стимулировать партнершу, удалять из ее половых путей семенную жидкость соперников или вообще служить оружием. А у двух родов пещерных сеноедов из семейства Prionoglarididae аналогами пенисов обзавелись самки. Вероятно, женские особи этих насекомых способны усваивать питательные вещества из спермы самцов — и псевдопенисы помогают им эффективно собирать ее. Команда зоологов под руководством Николя Фазеля (Nicolas J. Fasel) из Лозаннского университета описала еще один необычный пример использования пенисов. В центре внимания исследователей оказались поздние кожаны (Eptesicus serotinus) — относительно крупные летучие мыши, широко распространенные в Евразии. Самцы этих рукокрылых обладают очень крупными пенисами, длина которых в эрегированном состоянии составляет 22 процента от общей длины тела. Более того, длина набухших мужских половых органов поздних кожанов в семь с лишним раз превышает среднюю глубину влагалища женских особей этого же вида (16,4 миллиметра против 2,3 миллиметра), а ширина сердцевидных вздутий на их концах примерно в семь раз превышает средний диаметр входа во влагалище (7,5 миллиметра против 1,1 миллиметра). Это делает проникновение пениса самца в половые пути самки практически невозможным. Чтобы выяснить, как самцам поздних кожанов удается оплодотворять самок, Фазель и его соавторы понаблюдали за девяноста тремя предполагаемыми случаями спаривания этих летучих мышей на чердаке церкви в Нидерландах и еще четырьмя — в реабилитационном центре в Харькове. Около половины из них пришлось на октябрь. Во всех случаях совокупление проходило следующим образом. Самец обхватывал партнершу сзади и вцеплялся зубами в кожу на ее затылке, а затем начинал совершать зондирующие движения полностью эрегированным пенисом, отодвигая хвостовую перепонку (уропатагиум) самки и нащупывая вульву, возможно, с помощью чувствительных волосков на увеличенном кончике полового органа. В этот момент исследователи фиксировали серию социальных звуковых сигналов, которые, судя по всему, издавала самка. https://youtu.be/4cYPJ3CVyNA Нащупав вульву и плотно прижав к ней пенис, самец почти переставал двигаться, а его партнерша больше не издавала никаких звуков. При этом ни в одном случае Фазель и его коллеги не зафиксировали проникновения мужского полового органа во влагалище самки. Продолжительность половины спариваний составила менее 53 минут, однако самое долгое из них длилось 12,7 часа. После совокупления шерсть на животе женских особей была влажной, вероятно, от спермы. Авторы признают, что пока это только предположение, для подтверждения которого нужно будет взять у только что спарившихся самок поздних кожанов вагинальный мазок. Тем не менее, у женских особей некоторых других летучих мышей, а именно малых бурых ночниц (Myotis lucifugus) и рыжих вечерниц (Nyctalus noctula), после спаривания вокруг вульвы и на животе находили обильные пятна семенной жидкости. Фазель с соавторами предполагают, что самки поздних кожанов пытаются препятствовать спариванию с нежеланными ухажерами, закрывая им доступ к влагалищу с помощью хвостовой мембраны. Однако самец, в свою очередь, использует увеличенный пенис в качестве руки, отодвигая эту мембрану и добираясь до вульвы. Поскольку мужской половой орган кожанов слишком велик, чтобы проникнуть в женские половые пути, самец просто прижимает отверстие на его конце ко входу во влагалище партнерши и эякулирует. При этом полая структура, расположенная на верхней стороне сердцевидного кончика эрегированного пениса, может служить присоской, которая обеспечивает долгий половой контакт с самкой и транспортировку спермы в ее влагалище и по длинной (8,6 миллиметра) шейке матки. Исследователи отмечают, что подобный способ спаривания без проникновения ранее никогда не наблюдался у млекопитающих. Он больше напоминает совокупление большинства (хотя и не всех) птиц, при котором самец передает самке сперму, прижавшись клоакой к ее клоаке. Не исключено, что некоторые другие летучие мыши, например, уже упомянутые малые бурые ночницы, спариваются так же, как и поздние кожаны. Некоторые летучие мыши выработали очень причудливые брачные ритуалы. Например, самцы складчатомордых листоносов (Centurio senex) токуют: они собираются в определенных местах, поют и привлекают самок белыми масками на лице. Во время единственного отмеченного спаривания самец опустил маску. А у самцов бахромчатогубых листоносов (Trachops cirrhosus) в брачный период предплечья покрываются желтоватой коркой, запах которой, возможно, привлекателен для самок.
