Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»


ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке



Библиотека

 
Ф. Вильчек
«Красота физики». Глава из книги


Дж. Бэрроу
«История науки в знаменитых изображениях». Глава из книги


Ж. Резникова
И даман поманил за собой


В. Сурдин
Поиски новых планет


С. Горбунов
Сeratotherium simum cottoni. Последний из могикан


Д. Никифоров и др.
ЭКО: длинная история короткой встречи


А. Никонов
Небывалое бедствие в селе Кашкаранцы


Л. Сасскинд, Дж. Грабовски
«Теоретический минимум». Глава из книги


А. Сергеев, А. Благодатский
Насекомые и бионика: загадки зрительного аппарата


Л. Смолин
«Возвращение времени». Глава из книги







Главная / Новости науки версия для печати

Нейрохимические основы поискового поведения сходны у пчел и млекопитающих


Пчелы - удобный объект для изучения молекулярных основ сложных форм поведения

Пчелы — удобный объект для изучения молекулярных основ сложных форм поведения. Изображение с сайта gtresearchnews.gatech.edu

Рабочие пчелы различаются по своей склонности к поисковому поведению. Одни особи активно ищут новые источники пищи, а во время роения — место для нового гнезда, тогда как другие ничего не ищут, а лишь следуют указаниям разведчиц. Американские биологи обнаружили, что у этих двух типов пчел различается уровень активности многих генов в мозге, в том числе генов, связанных с системами передачи сигналов между нейронами посредством нейромедиаторов дофамина, глутамата и гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). У позвоночных поисковое поведение тоже связано с работой этих систем. Например, пониженная экспрессия дофаминового рецептора D1 характерна как для пчел-разведчиц, так и для крыс, склонных к поиску новизны. Полученные результаты указывают на фундаментальное сходство нейрохимического базиса поискового поведения у далеких друг от друга групп животных.

Молекулярно-генетические основы поиска новизны (novelty-seeking) активно изучаются у позвоночных, включая человека (см. Novelty seeking personality trait), но практически не известны у других животных. Пчелы являются хорошим объектом для такого исследования по двум причинам. Во-первых, между рабочими пчелами из одной и той же семьи имеются контрастные поведенческие различия: одни особи систематически выступают в роли разведчиц, другие никогда этого не делают. Во-вторых, пчелы занимаются поиском чего-то нового в двух разных контекстах. Во время роения они ищут подходящее дупло или другое укрытие для основания новой колонии (см. Принимая коллективное решение, пчелы-разведчики убеждают оппонентов замолчать, «Элементы», 12.01.2012), а во время оседлой жизни — разведывают новые места сбора нектара.

Занимаются ли обоими видами поисков одни и те же особи или существуют особые «гнездовые» и «цветочные» разведчицы? Чтобы выяснить это, энтомолог и нейробиолог Джин Робинсон (Gene Robinson) из Иллинойсского университета (Урбана–Шампейн, США) и его коллеги в течение двух лет проводили эксперименты с восемью пчелиными семьями. Пометив гнездовых разведчиц, участвовавших в поиске места для поселения, авторы дали возможность каждому рою поселиться в отдельном улье. После этого ловились и метились разведчицы, искавшие новые источники пищи.

Оказалось, что между двумя видами поискового поведения существует положительная корреляция. Гнездовые разведчицы в 3,4 раза чаще берут на себя разведку новых источников пищи по сравнению с пчелами, не участвовавшими в поиске места для гнезда. Хоть это и не означает, что каждая гнездовая разведчица непременно будет искать новые кормушки или цветочные поляны, из этого всё же следует, что два вида активности взаимосвязаны. Это позволяет говорить об индивидуальных различиях по склонности к поисковому поведению «вообще», а не только к двум его видам по отдельности.

По завершении этого предварительного этапа исследований авторы измерили активность генов в мозге 20 пчел-разведчиц (из трех разных семей) и 20 контрольных особей, которые не были замечены за поиском чего-то нового. Для этого из мозга выделяли матричные РНК и измеряли (при помощи микрочипов и количественной полимеразной цепной реакции) количество молекул мРНК, считанных с каждого гена. Оказалось, что уровень экспрессии 16% генов (1219 из 7539, активность которых была измерена) в мозге разведчиц достоверно отличается от такового в мозге контрольных пчел — не разведчиц.

Среди генов с измененной активностью обнаружились гены, связанные с обменом сигналами между нейронами посредством медиаторов — катехоламинов (дофамина и октопамина), глутамата и ГАМК. В частности, экспрессия нескольких рецепторов и транспортеров глутамата, ГАМК и октопамина у разведчиц оказалась повышена по сравнению с контрольными пчелами. Самое интересное, что эти гены связаны с поиском новизны также и у позвоночных. Так, в мозге пчел-разведчиц понижена экспрессия гена DopR1, кодирующего дофаминовый рецептор первого типа (D1). У крыс с повышенной тягой к новизне тоже отмечена низкая экспрессия гена рецептора D1 (Viggiano et al., 2002. The Naples High- and Low-Excitability Rats: Selective Breeding, Behavioral Profile, Morphometry, and Molecular Biology of the Mesocortical Dopamine System). Связь между поиском новизны и сниженной функциональностью дофаминовых рецепторов существует и у людей (см. «Ген авантюризма» чаще встречается у охотников-собирателей, чем у земледельцев, «Элементы», 06.09.2010; Ebstein et al., 1996. Dopamine D4 receptor (D4DR) exon III polymorphism associated with the human personality trait of Novelty Seeking; Benjamin et al., 1996. Population and familial association between the D4 dopamine receptor gene and measures of Novelty Seeking).

Являются ли выявленные у разведчиц отличия в работе дофаминэргической, глутаматэргической, ГАМК-эргической нейронных систем причиной или следствием повышенной склонности к поисковому поведению? Чтобы ответить на этот вопрос, был поставлен следующий эксперимент. Ученые отлавливали пчел-неразведчиц, помещали по 20 особей в маленькие клетки внутри улья и в течение 25–30 часов кормили сахарным сиропом с примесью нейроактивных веществ (опыт) или чистым сиропом (контроль). Потом пчел выпускали из клеток, а улей переносили (ночью, когда пчелы не летают за взятком) в новое место, чтобы утром можно было выяснить, кто из рабочих пчел займется разведкой.

Результаты получились весьма показательные. Добавление в пищу глутамата (того самого глутамата натрия, который используется как усилитель вкуса) вызвало у пчел почти двукратное усиление поисковой активности. Пчелы, получавшие с пищей глутамат, наутро после выхода из клетки отправлялись на разведку с вероятностью 0,12, контрольные — с вероятностью 0,07. Глутамат — основной возбуждающий медиатор в центральной нервной системе, поэтому данный эффект теоретически может быть связан с повышением «активности вообще», а не только поисковой активности. Однако у подопытных пчел не наблюдалось ни общей двигательной гиперактивности, ни повышенной активности при сборе пищи. Поэтому, скорее всего, речь идет о специфическом воздействии именно на поисковое поведение. Пчелы, которым вместе с глутаматом давали вещество, блокирующее транспорт глутамата через синаптические мембраны, вели себя так же, как контрольные, и поиском новых цветочных полян почти не интересовались.

Добавление в пищу октопамина (медиатора, близкого к норадреналину и дофамину и играющего у насекомых важную роль в обучении и регуляции поведения) привело к менее выраженному, но всё равно достоверному усилению склонности к поиску нового.

Добавление ГАМК или веществ, блокирующих рецепторы ГАМК, не повлияло на поисковую активность пчел, так что роль этого медиатора в поисковом поведении остается неясной.

Наконец, вещества, блокирующие работу дофаминовых рецепторов, достоверно снизили поисковую активность. Этот результат нельзя было предсказать на основе данных по экспрессии генов, которые, казалось бы, говорили о том, что чем слабее реакция нейронов на дофамин, тем сильнее должна быть тяга к поиску нового. В целом ясно, что дофаминэргические нейроны участвуют в регуляции поискового поведения, но каким образом — еще предстоит выяснить.

Результаты опытов по кормлению пчел нейроактивными веществами

Результаты опытов по кормлению пчел нейроактивными веществами. По вертикальной оси — доля подопытных пчел, приступивших к поискам новых источников пищи после того, как их выпустили из клеток. CTRL — контрольные пчелы, которых кормили сахарным сиропом без добавок, MSG — глутамат натрия, OA — октопамин, CSB — блокатор транспорта глутамата, DAA — блокатор дофаминовых рецепторов. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Ранее Робинсон и его коллеги изучали влияние кокаина на поведение пчел, и на основе полученных результатов высказали предположение, что у пчел, как и у позвоночных, поведение мотивируется дофаминэргической «системой внутреннего вознаграждения» (см. Honey bees on cocaine dance more, changing ideas about the insect brain, EurekAlert, 23.12.2008). Новые данные хорошо согласуются с этим предположением. Если оно окончательно подтвердится, придется признать, что ощущения и «внутренний мир» насекомых не так радикально отличаются от наших, как мы привыкли думать.

Использованные пищевые добавки не вызвали у пчел ни повышенной смертности, ни гиперактивности, ни каких-либо патологических изменений в поведении, а их влияние на поисковую активность зависело от дозы. Всё это указывает на специфическое, узконаправленное воздействие именно на тягу к поиску нового.

На основе имеющихся данных о функциях и физиологических особенностях разных отделов мозга у пчел, авторы предполагают, что ключевую роль в регуляции поискового поведения могут играть вертикальные доли грибовидных тел. Эти доли участвуют в обучении на положительном и отрицательном опыте, и в них локализуются дофаминэргические и глутаматэргические нейроны (см. Мухи хранят информацию на «съемных дисках», «Элементы», 15.02.2012).

Тот факт, что нейрохимические основы поискового поведения оказались сходными у насекомых и млекопитающих (включая человека), заставляет задуматься о закономерностях эволюции поведения у животных в целом. Последний общий предок пчел и людей жил, по-видимому, 650–700 млн лет назад, в криогеновом периоде (см. Диверсификация животных началась задолго до кембрийского взрыва, «Элементы», 13.12.2011). Не исключено, что у этого предка, который, возможно, был похож на сегментированного червячка с парными придатками (см. Конечности у членистоногих и кольчатых червей растут из общего корня, «Элементы», 20.11.2008), уже было что-то похожее на поисковое поведение и дофаминэргическую систему вознаграждения (см. reward system). Может быть, более сложные формы такого поведения вместе с похожими системами его регуляции развивались параллельно на общей, унаследованной от далеких предков нейрохимической основе. Любопытно, что даже у круглого червя C. elegans недавно обнаружена связь между особенностями поведения при поиске пищи и аллельными вариациями гена тираминового рецептора (Bendesky et al., 2011. Catecholamine receptor polymorphisms affect decision-making in C. elegans). Тирамин — нейромедиатор из группы катехоламинов, близкий к дофамину и октопамину. Не выяснится ли в конце концов, что нейронные механизмы, ответственные за принятие решений, мотивацию поведения и даже эмоции, сходны в своей основе у всех билатерально-симметричных животных?

Источник: Zhengzheng S. Liang, Trang Nguyen, Heather R. Mattila, Sandra L. Rodriguez-Zas, Thomas D. Seeley, Gene E. Robinson. Molecular Determinants of Scouting Behavior in Honey Bees // Science. 2012. V. 335. Pp. 1225–1228.

См. также:
1) Принимая коллективное решение, пчелы-разведчики убеждают оппонентов замолчать, «Элементы», 12.01.2012.
2) Пчелы на кокаине: альтруизм и наркотики // «Популярная механика», 08.01.2009.


Комментарии (4)



Последние новости: НейробиологияЭнтомологияЭтологияАлександр Марков

24.05
Клещи ездили на насекомых уже 320 миллионов лет назад
23.05
В Китае найдены древнейшие многоклеточные водоросли
16.05
Уровень полученного образования отчасти зависит от генов
10.05
ГМО будут совершенствоваться при помощи искусственной эволюции
4.05
Рост концентрации CO2 в атмосфере способствует увеличению растительного покрова
25.04
Расшифрованы генетические основы быстрых эволюционных изменений размера клюва у дарвиновых вьюрков
19.04
Птицы учатся строить гнезда у своих знакомых
18.04
Ученые выяснили, почему бактериофагам трудно бороться с иммунной системой бактерий
12.04
Рибоза и другие сахара могут синтезироваться в частицах межзвездного льда под действием ультрафиолетового излучения
11.04
Самцы стрекоз, активно ухаживающие за самками, живут меньше


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия