«Внутренний GPS» птиц может быть лучше человеческого

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2014 года была присуждена трём нейробиологам за их новаторскую работу по изучению «внутренней GPS-системы» мозга. Их исследования, проводившиеся на протяжении четырёх десятилетий, показали, что небольшая часть мозга, называемая гиппокампом, хранит карту окружающей среды животных и помогает им ориентироваться в пространстве.

Эта отмеченная наградой работа была выполнена на мышах, но оказалась верна и для других животных. Птицы, запасающие семена, и гнездовые паразиты, такие как коровьи трупиалы, — одни из самых ярких примеров, чьё существование зависит от пространственной навигации. Их навигационные навыки могут даже превосходить навыки некоторых людей.

Птицы, запасающие семена, прячут пищу в сотнях или даже тысячах мест и находят её спустя часы или месяцы. Например, кедровка демонстрирует наиболее поразительное запасающее поведение, создавая осенью более 5000 тайников с семенами и находя их спустя 7–9 месяцев весной.

Аналогично, самки коровьих трупиалов ищут гнёзда хозяев, чтобы отложить в них яйца. Как и кукушки, они не выращивают своих птенцов и хотят гарантированно обмануть хозяина гнезда. Они проводят тщательный ежедневный осмотр различных гнёзд, прежде чем принять решение и вернуться к выбранному через несколько дней.

Это связано с тем, что выживание птенца трупиала зависит от относительного времени вылупления яиц хозяина и паразита. Самки трупиалов могут отложить яйца в гнёзда хозяев только тогда, когда хозяин также откладывает свои яйца, что делает гнездо доступным для трупиала очень ненадолго. Поэтому гнёзда должны «стираться» из памяти трупиала как «потенциальные цели», как только они становятся недоступными, подобно тому, как запасающие птицы забывают места тайников после извлечения из них пищи.

Больший гиппокамп

Мозг человека адаптируется к ежедневным требованиям окружающей среды. Например, известное исследование лондонских таксистов показало, что у водителей чёрных кэбов был больше гиппокамп. Это увеличение, вероятно, связано с необходимостью навыков навигации по тысячам извилистых улиц Лондона. Адаптированы ли мозги птиц к экстенсивным навигационным потребностям, критичным для их выживания?

Да. Гиппокамп у птиц, запасающих семена, больше (относительно общего размера мозга), чем у птиц, не делающих запасов. Примечательно, что это увеличение отсутствует у птенцов и начинается только тогда, когда птица начинает делать запасы.

Аналогично, гиппокамп у самок буроголового и блестящего коровьих трупиалов больше, чем у самцов, предположительно потому, что именно самки активно ищут гнёзда хозяев. У родственных видов, которые вообще не ищут гнёзда (например, байвенгский трупиал) или где самцы и самки ищут гнёзда вместе (например, крикливый трупиал), половых различий в размере гиппокампа нет.

Учёные также изучали, приведёт ли лишение трупиалов возможности искать гнёзда к уменьшению объёма гиппокампа. Буро-головых трупиалов содержали в вольерах без гнёзд хозяев. Как и ожидалось, у содержавшихся в неволе самок (но не самцов) гиппокамп был меньше по сравнению с их дикими сородичами после года без поиска гнёзд.

Эти данные позволяют предположить, что увеличение гиппокампа происходит параллельно с потребностью птицы в навигации. Но даёт ли больший гиппокамп этим птицам преимущество в памяти?

Лучшая пространственная память?

Связать один конкретный тип памяти с одной структурой мозга сложно. Однако в попытке ответить на этот вопрос учёные смоделировали процесс поиска семян в лабораторных условиях.

Птицы, запасающие семена, обычно справляются с такими задачами (имитирующими «извлечение» спрятанной пищи) лучше, чем птицы, не делающие запасов. Это говорит о том, что запасающие птицы хранят пространственную информацию точнее. Повреждение гиппокампа не влияет на мотивацию, голод или выполнение не-пространственных задач, но избирательно ухудшает память на местоположение пищи.

Однако связь между поведением, объёмом гиппокампа и пространственной памятью не является прямой. Например, одно исследование показало, что самцы и самки трупиалов не различались по результатам выполнения задачи на пространственную память, несмотря на то, что у самок гиппокамп был больше.

Тем не менее, учитывая, что мы не знаем, насколько лабораторные условия соответствуют естественной среде, могут существовать и другие неконтролируемые факторы. Однако разумно предположить, что мозг птиц, запасающих пищу и практикующих гнездовой паразитизм, адаптировался для удовлетворения их экстенсивных навигационных потребностей.