Почему у мотыльков есть любимая сторона: умные решения для маленького мозга

Исследование профинансировали Баварская академия наук, Академия стипендиатов Гектора, Немецкий научно-исследовательский фонд и

Институт перспективных исследований при Университете города Констанц (Германия).

Для нейробиологии представленный здесь результат исследования — наглядный пример того, как эволюция решает проблему "ограниченного мозга": за счёт создания эффективных сенсомоторных "модулей" (глаз-хоботок), что позволяет экономить вычислительные ресурсы и выполнять сложную пространственную задачу с минимальной обработкой данных.

Исследование укрепляет идею о том, что латерализация — это не случайность или побочный эффект, а эволюционный адаптивный инструмент для упрощения сложных задач. Будь то у человека или насекомого, принцип один: наличие "излюбленной" стороны снижает когнитивную нагрузку.

Латерализация (от лат. lateralis — «боковой») — это функциональная асимметрия, то есть неравнозначность функций между левой и правой сторонами тела. Проще говоря, это предпочтение одной стороны тела при выполнении определенных действий.

У большинства людей есть ведущая рука, которой они предпочитают писать или брать чашку с кофе. То же самое относится и к ногам — например, при игре в футбол. Подобные предпочтения встречаются и у многих других животных: птицы, осьминоги, насекомые и другие часто отдают предпочтение левой или правой конечности или усику ( antenna)

при выполнении определенных действий. Эта так называемая латерализация широко распространена в животном мире и встречается у организмов с самыми разными типами нервной системы.

Но как быть с органами, которые есть только в одном экземпляре, например с нашим языком или хоботком животных? Даже в таких случаях может происходить латерализация. В своем последнем исследовании опубликованном в журнале PNAS группа ученых под руководством Лохлана Уолша и Анны Штёкль из Констанцского университета продемонстрировала один из таких примеров.

Статья "Сохранение латерализованной зрительно-моторной оси при исследовательских действиях хоботка бражника".

Conservation of a lateralized visuomotor axis in hawkmoth proboscis probing

doi 10. 1073/ pnas. 2609365123

Они обнаружили, что бражники-колибри — вид дневных бабочек, которые, подобно своим тезкам-птицам, питаются нектаром цветов, — имеют предпочтительную сторону, в которую они вытягивают свой хоботок при исследовании цветков. Это может быть решением, которое природа выработала для обеспечения точного контроля действий даже у организмов с относительно простой нервной системой.

Мотыльковая версия праворукости

Чтобы определить, в какую сторону мотыльки-бражники вытягивают свой длинный хоботок, исследователи предлагали насекомым поверхности искусственных цветов, к которым они подлетали и обследовали. С помощью высокоскоростных камер и инструментов компьютерного зрения они смогли детально реконструировать движения хоботка и отследить их относительно остального тела.

Исследователи обнаружили, что некоторые особи при осмотре цветка располагали кончик хоботка преимущественно слева от срединной линии тела, в то время как другие отдавали предпочтение правой стороне. Сила предпочтения той или иной стороны у разных особей была разной, подобно тому как это происходит у людей, в зависимости от того, какая рука ведущая.

Более того, предпочтение той или иной стороны проявлялось с самого начала эксперимента, а не формировалось с накоплением опыта. «Это говорит о том, что латерализация хоботка является врожденной особенностью и играет важную роль в поведении бабочек при обследовании цветов», — говорит Штёкль.

На следующем этапе исследователи проанализировали поле зрения животных во время исследования цветка. Они обнаружили, что у бражников не только есть предпочтительная сторона для вытягивания хоботка, но и доминирующий глаз, который смотрит на ту часть цветка, к которой насекомое прикасается. Сторона этого доминирующего глаза всегда совпадала со стороной, на которой насекомое предпочитало располагать хоботок. «У насекомых довольно маленький мозг. Расположение хоботка в поле зрения доминирующего глаза может сэкономить ценные вычислительные ресурсы при управлении поведением. Вместо того чтобы постоянно просчитывать движение со всех возможных ракурсов, животное может полагаться на привычную сторону своего тела, которая направляет его движения», — объясняет Уолш.

Неожиданным оказалось то, что хоботок оставался в поле зрения доминирующего глаза, даже когда часть этого глаза была в ходе эксперимента закрыта. «Люди или птицы в такой ситуации адаптировались бы, перемещая конечность в поле зрения незакрытого глаза. А бражники, напротив, меняют положение тела на цветке так, чтобы видеть его незакрытой частью доминирующего глаза, и сохраняют свою изначальную стратегию взаимодействия глаза и хоботка», — говорит Уолш. Из-за ограниченных вычислительных возможностей своего мозга мотыльки, по-видимому, полагаются на эффективную координацию доминирующего глаза и хоботка.

В совокупности полученные данные свидетельствуют о том, что для точного и гибкого поведения не нужен большой мозг. «Вместо этого животные могут полагаться на эффективные обходные пути, заложенные в виде связей между телом, органами чувств и движениями», — объясняет Штёкль. У бражников одним из таких обходных путей является совместная работа глаза и хоботка. «Каждая бабочка решает задачу поиска цветка, ориентируясь на то, с какой стороны находится ее тело. Таким образом, наше исследование позволяет предположить, что латерализация может быть одним из способов, с помощью которых природа упрощает выполнение сложных задач — будь то попытка дотянуться до кофейной чашки или использование хоботка для поиска нектара, когда насекомое зависает над цветком."

Цитата из научной статьи учёных: "Эти результаты раскрывают конвергентные принципы латерализованного зрительно-моторного контроля у насекомых, людей, птиц и слонов." (имеется в виду конвергентная эволюция).

Для написания поста использовался материал: сайт Eurekalert статья

Why moths have a preferred side: Smart solutions for small brains

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: vk.com

Комментарии: