» » Нейрохимические основы поискового поведения сходны у пчел и млекопитающих

Нейрохимические основы поискового поведения сходны у пчел и млекопитающих


Нейрохимические основы поискового поведения сходны у пчел и млекопитающих

Нейрохимические основы поискового поведения сходны у пчел и млекопитающих

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.


Нейрохимические основы поискового поведения сходны у пчел и млекопитающих

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.


08 декабрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Больные муравьи становятся асоциальными

Паразиты представляют собой серьезную угрозу общественным насекомым, образующим колонии с высокой плотностью популяции. Поэтому в процессе эволюции отбираются признаки, снижающие риск распространения

Отвергнутые самками самцы мух ищут утешения в алкоголе

Сплошь да рядом приходится видеть печальную картину: люди, потерпевшие неудачу в любви, топят свое горе на дне бутылки. Эксперименты американских биологов показали, что сходная картина наблюдается и

Города Англии богаче ресурсами для медоносных пчел, чем сельская местность

В Великобритании большая часть естественной среды преобразована под нужды сельского хозяйства (около 75%) и градостроительства (около 10%), поэтому изучение и улучшение экологии этих местностей

Параллельная эволюция эусоциальности у пчел: принцип общий, эволюционные маршруты — разные

Сравнительный анализ геномов 10 видов одиночных и общественных пчел показал, что поэтапное развитие эусоциальности, происходившее параллельно в нескольких эволюционных линиях, было основано на

Активность группы серотониновых нейронов побуждает дрозофил поглощать пищу

У взрослых плодовых мушек-дрозофил обнаружили группу нейронов, активация которых приводит к возникновению чувства голода. Если искусственным путём заставить эти нейроны посылать сигналы, даже сытые

Растения, как и животные, используют глутамат для быстрой передачи сигналов по организму

Японские и американские биологи показали, что глутамат играет ключевую роль в передаче сигнала от поврежденных листьев к неповрежденным у модельного растения Arabidopsis thaliana. Они выяснили, что
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Существует 50% вероятность того, что мы живем в симуляцииВремя эластично: почему на вершине горы время идет быстрее, чем на пляже?Кого и зачем приносили в жертву Древние Египтяне?Ученые пытаются понять, как могла появиться жизнь на ВенереНа МКС найдено место утечки воздуха. Что дальше?Почему птицы летают клином11 живописных мест на планете, раскрашенных самой осеньюКрупнейшая озоновая дыра зафиксирована над Антарктидой