У тараканов, как и у людей, есть внутренняя GPS-система для навигации

Исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв обнаружили, что крысы, люди и тараканы, по-видимому, обладают похожей GPS-системой в мозге, которая помогает им ориентироваться в новой обстановке.

Результаты, опубликованные в журнале Current Biology, вероятно, являются примером конвергентной эволюции — когда разные животные независимо развили сходные системы для решения одинаковых задач.

Благодаря более простому мозгу тараканов, дальнейшие исследования на них (которые сложно или невозможно провести на млекопитающих) могут дать новое понимание того, как люди ориентируются в пространстве. А также — что нарушается у людей, испытывающих серьёзные проблемы с навигацией.

Суть эксперимента

Учёные регистрировали активность клеток в области мозга, называемой центральным комплексом, у тараканов, закреплённых в трубке.

Насекомое помещали на платформу, которая вращалась по или против часовой стрелки. Платформу окружала чёрная стена с одним съёмным визуальным ориентиром — белым квадратом.

Тараканов вращали на 360 градусов с шагом в 30 градусов по 4–6 раз в каждом направлении.

Ключевые результаты

• Наибольшая активность клеток наблюдалась, когда белая карточка была на стене, предоставляя визуальный ориентир вместе с сигналами от пассивного движения на платформе.
• Когда карточку убирали, активность некоторых клеток оставалась одинаковой на одних и тех же углах поворота. Это указывает, что насекомые знали своё направление без визуального ввода.
• У слепых тараканов (с фольгой на голове) активность центрального комплекса была похожа на активность у первых тараканов, вращавшихся без визуального ориентира.
• Когда фольгу снимали и вставляли карточку, пиковая активность некоторых клеток смещалась. Это говорит о том, что «GPS» перестраивался, включая новую визуальную информацию.
• Некоторые клетки не меняли пиковую активность, что указывает на их зависимость только от внутренних сигналов (от пассивного движения).
• При детальном анализе выяснилось, что одни нейроны, похоже, кодируют направление головы как компас, другие — относительное направление вращения (по или против часовой стрелки) после каждой остановки, сохраняя контекст навигации. Небольшая часть клеток делала и то, и другое.

Значение открытия

Тот факт, что у тараканов найдена клеточная активность, очень похожая на активность у мышей, крыс и людей, сильно указывает на то, что насекомые полагаются на те же сенсорные сигналы, что и мы, и их мозг обрабатывает эти сигналы сходным образом.

Это либо общее наследие от далёкого предка, либо, что более вероятно, конвергентная эволюция. Существует относительно немного правильных решений, физика направляет эволюцию, и в итоге мы получаем очень похожие системы.

Исследователи прогнозируют, что почти все животные, от членистоногих до людей, имеют схоже устроенные системы навигации, которые у некоторых видов стали более специализированными и сложными.

Сейчас учёные планируют эксперименты, чтобы выяснить, есть ли у тараканов аналоги позиционных и сетчатых клеток. Возможность фокусироваться на отдельных клетках, а не на областях мозга, может позволить напрямую увидеть, какие нейромодуляторы и гормоны участвуют в процессе ориентации — что может быть применимо и к другим животным, включая людей.