Учёные заморозили муравьёв , чтобы узнать, каким образом они помнят дорогу домой (4 фото + 1 видео)

Их навыки впечатляют. Муравьи, живущие в солончаках Сахары, могут путешествовать более чем на километр, всегда зная своё местоположение относительно своего гнезда. Там, где они обитают, особо нет ориентиров или других особенностей, которые помогли бы муравьям узнать, где они находятся. Вместо этого, подобно великим исследователям, таким как Христофор Колумб и Фернан Магеллан, муравьи используют положение Солнца на небе в качестве компаса и собственное движение для оценки расстояний. Если вы знаете направление и расстояние, которое вы прошли от дома, вы можете провести линию, указывающую назад к нему. Это позволяет муравьям безопасно возвращаться домой после нахождения пищи.

Чтобы получить некоторое представление о том, что делают эти замечательные насекомые, представим себе, что один километр примерно в 100 тысяч раз превышает длину тела муравья. Это эквивалентно тому, как если бы человек шёл из Нью-Йорка в Вашингтон, округ Колумбия, а затем обратно, всегда зная правильное направление и то, как далеко ему нужно идти, не используя ориентиры.

Специалистам же захотелось больше узнать о том, как они это делают.

Внутри мозга насекомого

Благодаря последним достижениям в области микроскопии и генетики учёные смогли заставить разные клетки мозга излучать разные цвета. Это огромное достижение позволило исследователям различить отдельные нейроны и понять, как они соединяются друг с другом в нейронных спагетти, составляющих мозг.

Этот метод был использован для того, чтобы увидеть, как мозг насекомого отслеживает своё направление, и определить клетки мозга, которые кодируют скорость насекомого во время его движения. С помощью этой информации его мозг может вычислить, как далеко оно проползло, постоянно добавляя текущую скорость в память во время этого похода.

Как направление, так и расстояние, пройденное насекомым, кодируются нейронами его мозга, когда оно отдаляется от своего гнезда. Но как подобное сохраняется в их памяти и помогает в поисках дороги назад?

Исследование памяти

Честно говоря, это была довольно загадочная головоломка. Быстро движущимся насекомым необходимо постоянно обновлять свою память о направлении и расстоянии, при этом они могут помнить это в течение нескольких дней. Эти два аспекта памяти — быстрое обновление и длительный срок службы — обычно считаются несовместимыми, но насекомым, похоже, всё же удаётся их совмещать.

Учёные из Австралии и Великобритании решили выяснить, как именно насекомым удаётся запоминать постоянно обновляющиеся воспоминания в течение длительного периода времени, для этого они решили, что замораживание насекомых — лучший способ найти ответ. Звучит странно, и тем не менее.

Анестезиологи знают, что когда кто-то находится под анестезией, он забывает некоторые вещи, которые произошли до анестезии, но помнит другие, в зависимости от того, как хранятся эти воспоминания. Наиболее схожим с анестезией для насекомых является охлаждение. Когда их температура снижается до температуры замерзания воды (0 °C), электрическая активность в головном мозге прекращается, и насекомые впадают в кому.

Если их воспоминания о направлении и расстоянии сохраняется в виде кратковременной электрической активности, они будут стёрты при замораживании, но если они хранятся в синапсах между нейронами (в качестве долговременных воспоминаний), они сохранятся.

В ходе эксперимента, эксперты отловили муравьёв и жуков вдали от их гнёзд, после чего в течение 30 минут выдержали их при температуре замерзания воды (0 °C). Затем они вернули их к температуре окружающей среды и, как только те пришли в себя, учёные выпустили их в незнакомом месте, чтобы посмотреть, что они будут делать.

Как правило, когда подобных насекомых выпускают в незнакомом месте в их домашней среде, они бегут прямо туда, где было бы их гнездо до того, как их переместили. То есть они будут бежать параллельно своему обычному пути, и как только они преодолеют ожидаемое расстояние, они начнут искать вход в своё гнездо.

Однако учёные обнаружили, что замороженные насекомые тоже двигались в ожидаемом направлении, правда забыли расстояние, которое им нужно было пройти, что привело к тому, что они начали слишком рано искать вход в своё гнездо.

Сначала у исследователей вызывало недоумение то, что память о расстоянии ухудшилась, а память о направлении сохранилась — этот результат не дал чёткого различия между кратковременной и долговременной памятью, что ожидали увидеть учёные. Но они считают, что лучшим объяснением этого явления являются не две отдельные памяти, а одна общая память, которая кодирует направление и расстояние вместе — и частично распадается при замораживании.

Вот как, по их мнению, это работает.

Представьте, что вместо запоминания расстояния и направления (или угла), вы запоминаете своё положение в координатах x-y, то есть в декартовой системе координат, которую многие из нас изучали в школе.

Затем, в случае потери части своей памяти, ваши значения x и y будут уменьшены, и если предположить, что вы потеряете одинаковую долю памяти по обеим осям, вы получите более короткое расстояние, но всё ещё тот же угол или направление. Похоже, что насекомые использовали декартову систему координат, чтобы вернуться домой, задолго до того, как Рене Декарт формализовал эту концепцию. Согласитесь, круто же?

Будь то человек или насекомое, все мы возвращаемся домой. Изучение того, как работает с этим память насекомых, может помочь людям понять, как это делаем мы, люди.