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

Нейронные сети, отвечающие за социальное поведение, эволюционируют очень медленно


Отделы мозга, ответственные за принятие социально-ориентированных решений у позвоночных

Рис. 1. Отделы мозга, ответственные за принятие социально-ориентированных решений у позвоночных (сверху вниз: рептилии, птицы, млекопитающие, амфибии, костистые рыбы). Для каждой группы показана серия схематических поперечных срезов мозга (точнее, одной половинки мозга) на разных уровнях; слева направо увеличивается расстояние от переднего конца мозга. Компоненты нейронной сети социального поведения показаны желтым цветом, системы внутреннего вознаграждения — голубым. Отделы, ответственные за связь этих двух систем, показаны зеленым цветом. AH — передний гипоталамус, blAMY — базолатеральная миндалина, BNST — ядро ложа терминальной полоски, HIP — гиппокамп, LS — латеральная перегородка, meAMY — медиальная миндалина, NAcc — прилежащее ядро, PAG — центральное серое вещество, POA — преоптическая область гипоталамуса, Str — стриатум, VMH — вентромедиальный гипоталамус, VP — вентральный паллидум (бледный шар), VTA — вентральная область покрышки среднего мозга. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Специализированный комплекс отделов мозга, управляющий социальным поведением, сначала был обнаружен у млекопитающих, затем у других наземных позвоночных и даже у рыб. Американские биологи показали, что у разных групп позвоночных сходна не только структура этого комплекса, но и характер работы ключевых генов в нем. Те различия, которые всё же имеются, в большей степени затрагивают синтез сигнальных веществ (нейромедиаторов) и в меньшей — распределение рецепторов, реагирующих на эти вещества. По-видимому, уже у последнего общего предка лучеперых рыб и наземных позвоночных имелась социально-ориентированная нейронная сеть, основные структурные и нейрохимические свойства которой в ходе дальнейшей эволюции менялись весьма медленно.

Исследования последних лет показали, что у костистых рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих социальное поведение (включая агрессию, брачное поведение и заботу о потомстве) контролируется одним и тем же комплексом отделов мозга. Этот комплекс называют «нейронной сетью социального поведения» (social behaviour network). В работе этой сети важную роль играют стероидные половые гормоны (андрогены, эстрогены) и нейропептиды (в том числе окситоцин, вазопрессин и их гомологи, см.: Гены управляют поведением, а поведение — генами, «Элементы», 12.11.2008). Сеть социального поведения тесно связана с системой внутреннего вознаграждения, задача которой — отличать, образно говоря, хорошее от плохого и сообщать о результатах другим отделам мозга при помощи нейромедиатора дофамина (см.: В «системе вознаграждения» найдены нейроны, возбуждающиеся от хороших предчувствий, «Элементы», 10.02.2012). Вместе эти два нейронных контура (социального поведения и вознаграждения) образуют «систему принятия социальных решений» (SDM, social decision-making network). Основные компоненты сети SDM показаны на рис. 1.

Самое удивительное свойство сети SDM — это ее эволюционный консерватизм, то есть крайне медленный темп эволюционных изменений. На первый взгляд, это противоречит тому громадному многообразию форм социального поведения, которое наблюдается у позвоночных. Хотя, с другой стороны, базовые социально-ориентированные задачи у всех позвоночных схожи: привлечь хороших половых партнеров, одолеть конкурентов, повысить свой социальный статус, вырастить побольше здоровых потомков... Это фундаментальное сходство жизненных устремлений, вероятно, и создает предпосылки для развития более или менее универсальных социально-ориентированных нейронных структур в ходе эволюции. Та нейронная сеть, которая сформировалась еще у доисторических рыб — общих предков современных лучеперых рыб и наземных позвоночных, — очевидно, оказалась вполне универсальной. Даже очень небольшие модификации отдельных компонентов сети SDM могут оказаться достаточными для значительного изменения социального поведения (см.: Goodson, 2005. The Vertebrate Social Behavior Network: Evolutionary Themes and Variations). Иногда, конечно, может развиться и нечто принципиально новое. Скажем, у млекопитающих значительную часть социальных функций взяла на себя префронтальная кора, аналогов которой нет у других позвоночных (именно поэтому, кстати, префронтальная кора не рассматривалась в исследовании, о котором пойдет речь).

Лорен О’Коннелл (Lauren A. O’Connell) и Ханс Хофманн (Hans A. Hofmann ) из Техасского университета в Остине решили выяснить, была ли сеть SDM так же консервативна на уровне генной экспрессии (работы генов), как и на уровне структуры. Для этого они проанализировали опубликованные результаты 152 исследований, в которых изучалась активность генов в разных участках сети SDM у разных позвоночных. Авторы сконцентрировались на десяти генных продуктах, работа которых особенно важна для сети SDM. Первые четыре из них связаны с производством лигандов, то есть сигнальных веществ, воздействующих на те или иные рецепторы, остальные шесть — сами рецепторы:
    1. TH — тирозингидроксилаза, фермент, необходимый для синтеза дофамина;
    2. AVP — аргинин-вазопрессин, который чаще для краткости называют просто «вазопрессином»;
    3. OXY — окситоцин;
    4. Aromatase — ароматаза, фермент, отвечающий за синтез эстрогенов;
    5. D1aR — дофаминовый рецептор первого типа;
    6. ER — эстрогеновый рецептор;
    7. AR — андрогеновый рецептор;
    8. PR — прогестероновый рецептор;
    9. V1aR — вазопрессиновый рецептор;
    10. OTR — окситоциновый рецептор.

Имеющихся данных пока недостаточно, чтобы сравнивать активность этих генов количественно, поэтому анализ проводился на качественном уровне. Для каждой группы позвоночных и для каждого отдела сети SDM авторы пытались выяснить, в каком состоянии находится каждый из 10 генов: включенном или выключенном («экспрессия есть» или «экспрессия отсутствует»).

Распределение генной экспрессии по отделам сети SDM оказалось весьма сходным у всех изученных групп. Наиболее консервативен рисунок экспрессии рецепторов. Почти у всех исследованных видов позвоночных все шесть рецепторов экспрессируются во всех или почти всех отделах сети SDM (рис. 2).

Экспрессия генов, связанных с производством лигандов, более изменчива. Самые значительные изменения произошли при отделении предков лучеперых рыб от предков лопастеперых и тетрапод (наземных позвоночных), а также при расхождении линий птиц и рептилий (рептилии были представлены змеями и ящерицами; по крокодилам и черепахам данные, к сожалению, пока отсутствуют).

Распределение экспрессии 10 генов по отделам «сети принятия социальных решений» у позвоночных

Рис. 2. Распределение экспрессии 10 генов по отделам «сети принятия социальных решений» у позвоночных. Оранжевый цвет — ген включен, фиолетовый — ген выключен, белый — нет данных. Изображение из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science

Рыбы отличаются от других позвоночных тем, что синтез TH (тирозингидроксилазы) происходит у них в большем числе отделов. В центральном сером веществе, латеральной перегородке, прилежащем ядре и стриатуме экспрессия TH зарегистрирована только у рыб. Из-за отсутствия внешней группы (то есть данных по более «базальным» позвоночным, таким как хрящевые рыбы или миноги) пока нельзя сказать, каким был рисунок экспрессии  TH у общего предка рыб и тетрапод и в какой из двух линий произошло изменение.

У чешуйчатых рептилий (ящериц и змей) окситоцин производится в вентральном паллидуме и вентромедиальном гипоталамусе, где у других позвоночных ген окситоцина выключен. Отличительными особенностями млекопитающих являются отсутствие экспрессии вазопрессинового рецептора в стриатуме, андрогенового рецептора — в стриатуме, центральном сером веществе и прилежащем ядре.

Самый консервативный профиль экспрессии характерен для преоптической области (в ней все 10 генов включены у всех групп), а также для вентральной области покрышки (в ней у всех позвоночных гены окситоцина и вазопрессина выключены, остальные 8 — включены). Наибольшая эволюционная пластичность характерна для стриатума (striatum), или полосатого тела: в этом отделе мозга нейрохимический профиль менялся в ходе эволюции сильнее всего.

Главный вывод исследования состоит в том, что «сеть принятия социальных решений» у позвоночных оказалась крайне консервативной не только на структурном, но и на нейрохимическом уровне. Все эволюционные изменения социального поведения у позвоночных осуществлялись, по-видимому, за счет относительно небольших изменений соответствующих нейронных сетей. При этом распределение сигнальных веществ — лигандов — менялось сильнее, чем распределение рецепторов, реагирующих на эти лиганды. Нечто подобное наблюдалось и в эволюции индивидуального развития (онтогенеза) животных: распределение лигандов (морфогенов) по телу эмбриона менялось быстрее, чем распределение соответствующих рецепторов.

Очевидно, нейрологические основы разнообразия форм социального поведения позвоночных скрываются в более тонких деталях строения и работы сети SDM, чем те, что рассматривались в данной работе. Следующим шагом к пониманию этих основ, по идее, должно стать количественное, а не только качественное, сравнение уровней экспрессии генов в разных отделах мозга у позвоночных.

Источник: Lauren A. O’Connell, Hans A. Hofmann. Evolution of a Vertebrate Social Decision-Making Network // Science. 2012. V. 366. P. 1154–1157.

Александр Марков


Комментарии (1)



Последние новости: НейробиологияФизиологияПсихологияАлександр Марков

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
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
7.04
Клетки глиобластомы соединены сетью микротрубок, обеспечивающих рост опухоли и ее устойчивость к терапии
4.04
В мозге рыб обнаружен переключатель, настраивающий на победу или поражение в драке
1.04
Обнаружены коллективные эффекты в поведении физиков-теоретиков


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