Увеличение мозга у бабочек связано с новым способом добычи пищи
У бабочек рода Heliconius мозг увеличился по мере освоения нового пищевого поведения — сбора и переваривания пыльцы. Об этом свидетельствует исследование учёных из Бристольского университета.
Ключевое изменение: Область их мозга, известная как грибовидные тела (из-за своей формы), в 2–4 раза больше, чем у близкородственных видов.
Исследование, опубликованное 7 июля в Nature Communications, показывает, что структура и функция нервной системы тесно связаны с экологической нишей и поведением организма.
Суть открытия
- Пищевая инновация: Heliconius — единственные известные бабочки, которые собирают и переваривают пыльцу, получая таким образом источник белка во взрослом возрасте (большинство других бабочек получают белок только на стадии гусеницы).
- Поведенческая задача: Они собирают пыльцу только с определённых видов растений, которые встречаются редко. Поэтому запоминание местоположения этих растений — критически важное поведение, требующее инвестиций в нейронные структуры, поддерживающие пространственную память.
Методология исследования
Учёные провели комплексный анализ:
- Построили 3D-модели мозга 30 видов Heliconius и 11 видов из близкородственных родов.
- Измерили объёмы различных областей мозга и сопоставили их с эволюционным древом.
- Изучили изменения в нейронных цепях: подсчитали количество нейронов (клеток Кеньона) в грибовидных телах и плотность их связей.
- Оценили сенсорную специализацию, отследив нейронные входы от зрительных и обонятельных центров.
- Провели поведенческие эксперименты в Панаме, чтобы проверить, коррелирует ли увеличение грибовидных тел с улучшением зрительного обучения и памяти.
Основные результаты
- Мозаичная эволюция: Размер грибовидных тел у изученных видов варьировал в 25 раз, демонстрируя, как конкретные структуры мозга могут эволюционировать независимо под давлением отбора.
- Причина увеличения: Рост грибовидных тел обусловлен увеличением количества клеток Кеньона (нейронов, ответственных за хранение памяти) и усилением связей со зрительной системой.
- Когнитивное улучшение: Это расширение и зрительная специализация сопровождались улучшенными способностями к зрительному обучению и памяти.
Значение работы
Как отметил соавтор работы доктор Антуан Коуто, исследование показывает, как эволюция мозга, в частности грибовидных тел, тесно связана со специализированным пищевым поведением. Эти бабочки развили более крупные грибовидные тела с улучшенными способностями к обработке зрительной информации.
Доктор Стивен Монтгомери заключил: «Мы предоставляем доказательства того, что структура мозга может поразительно различаться даже у близкородственных видов, обитающих в одной среде. В этом примере инновационное поведение привело к драматическому расширению критических центров обучения и памяти в мозге».
Изучение Heliconius может дать понимание эволюции механизмов обучения и памяти не только у насекомых, но и у других животных, поскольку функции и схемы грибовидных тел имеют сходство с мозгом позвоночных.