какая память у улиток
Ученые: улитки становятся забывчивыми в условиях постоянного стресса
МОСКВА, 7 ноя — РИА Новости. Постоянный стресс приводит к тому, что улитки начинают забывать расположение опасных и безопасных участков в аквариуме, что свидетельствует о наличии универсальных для всех живых существ механизмов, объясняющих ухудшение памяти в стрессовом состоянии у людей, заявляют биологи в статье, опубликованной в журнале PLoS One.
Сара Дейлсмэн из университета Эксетера (Великобритания) и ее коллеги пришли к такому выводу, изучив работу нервных клеток и узлов в организме обычных прудовых улиток (Lymnaea stagnalis) в условиях стресса. Как объясняют ученые, эти улитки, как и многие другие беспозвоночные, обладают примитивной нервной системой, состоящей из нескольких сотен крупных нейронов, что позволяет легко наблюдать за их работой.
В данном случае источником стресса выступал недостаток кислорода, доля которого в воде была специально понижена. Это заставляло улиток регулярно всплывать на поверхность и дышать воздухом. Когда прудовики делали это, ученые «затыкали» их дыхательное отверстие, что заставляло их погружаться обратно под воду. Биологи измеряли «остроту» памяти улиток по тому, насколько быстро они учились не открывать дыхательное отверстие при всплытии.
Перед экспериментом ученые подвергали часть своих подопечных стрессу, в роли которого выступал либо недостаток кальция, или «перенаселенность» аквариума, или же и то и другое. Сравнив остроту памяти у разных групп прудовиков, ученые обнаружили, что дополнительный источник стресса заметно ухудшал память улиток, а их комбинация вообще препятствовала ее работе.
«Нам крайне важно понять то, как различные формы стресса взаимодействуют друг с другом, так как это именно то, что животные, в том числе и человек, постоянно испытывают в реальной жизни. «Тренируя» улиток и наблюдая за активностью их мозга после стресса, мы обнаружили, что даже единичные стрессовые ситуации значительно ухудшают память, а череда таких случаев — вообще, препятствует формированию воспоминаний», — заключает Дейлсмэн.
Стертые воспоминания: О чем забыла улитка?
«Думаю, однажды мы сможем стирать память, чтобы избавиться от последствий психологической травмы», — не без осторожности говорит американский профессор Дэвид Гланцман (David Glanzman), под руководством которого и проделана недавно эта интересная работа. В публикации они сообщают об успешном уничтожении (или, по крайней мере, существенном ослаблении) долговременной памяти у морских улиток Aplysia, а также у отдельных ее нейронов.
Достичь этого удалось, подавляя активность специфического фермента, протеинкиназы (ферменты эти проводят фосфорилирование белков, тем самым меняя их пространственную структуру и активность), точнее говоря — протеинкиназы М-зета (ПКМ), важная роль которой в работе механизмов памяти была установлена несколько лет назад (мы писали об этом в заметке «Мозг-RW»).
«Показано, что практически все процессы, связанные с работой памяти у улиток, равным образом работают и в мозгу млекопитающих», — комментирует Гланцман, добавляя, впрочем, что «человеческий мозг в этом смысле слишком сложен для прямых исследований». Нервная же система улиток довольно проста, и притом обеспечивает этих животных элементарными формами научения и памяти.
В данном случае речь шла о таком простом механизме, как сенсибилизация, которая может проявляться, к примеру, в том, что если улитка атакована хищником, чувствительность ее к внешним стимулам резко возрастает. В случае с улиткой все довольно просто уже потому, что сегодня ученые знают, какие именно нейроны задействованы в этой реакции, и где они расположены. Эти-то нейроны они удалили из нервной системы и поместили в питательную среду, в чашке Петри воспроизведя простейшую «микросхему» из нескольких нервных клеток. Реакции успешно подавлялись как в живой улитке, так и в этой несложной цепи, включавшей лишь один синапс.
Ученые стимулировали улитку, подавая на ее хвост небольшое, но неприятное для нее напряжение. Легко себе представить, что если затем просто коснуться ее, улитка рефлекторно «вздрагивает» — такая реакция длится около 50 секунд. Подобное наблюдается даже спустя неделю после испытания, хотя и несколько короче, тогда как у улиток, не прошедших испытание, реакция длится не долее 1−2 секунд. Именно так проявляется нехитрая долговременная память улиток. Однако если ввести улитке ингибитор, подавляющий активность ПКМ, уже спустя сутки реакция возвращается к обычной. Память о пережитом буквально растворяется.
Интересно, что молекула ПКМ несколько отличается от других протеинкиназ, имеющих в своей структуре каталитический домен, ответственный за проведение реакции, и регуляторный, на который воздействуют определенные сигнальные вещества, приводящие к «включению» или «выключению» фермента. ПКМ имеет лишь каталитический домен — а это означает, что «выключить» ее не так-то просто. «Начав активную работу для поддержки работы памяти, ПКМ продолжает ее до момента распада», — говорит Дэвид Гланцман. Впрочем, как именно она это делает, остается неизвестным.
Скорее всего, память связана с изменениями в мозговых синапсах, связей между нейронами, одни из которых усиливаются, другие же ослабевают. При работе долговременной памяти появляются новые синапсы между чувствительными и моторными нейронами. Возможно, ПКМ участвует именно в этих процессах, хотя и неясно, как именно. Так что теперь ученые намерены проверить, не будет ли подавление активности ПКМ приводить просто к распаду образованных синапсов.
Улитки помогли раскрыть секрет хорошей памяти – Учёные
Моллюски могут сохранять воспоминания. Мало того, они могут проводить тренировки своей памяти.
Ранее считалось, что моллюски ею вообще не обладают. Однако, именно улитки помогли специалистам раскрыть секрет хорошей памяти. Исследования проводили британские учёные, работающие в Сассекском университете.
Чтобы проверить, есть ли у улиток память, перед ними было поставлено несколько задач. В итоге было выяснено, что запоминание связанной информации за один раз является более трудным делом, чем несвязанных фактов.
Мозг улитки, в сравнении с человеческим, является намного более простым, но некоторые ключевые показатели достаточно похожи. Это и позволило использовать его в качестве модели.
Учёные и раньше знали, когда происходит последовательное запоминание большого количества схожей информации, в мозге начинается конкуренция за воспоминания. Например, при одновременном беглом знакомстве с несколькими людьми, их имена и внешность за один раз запомнить почти невозможно.
Специалистов заинтересовало, почему так происходит. Они решили обучить улиток, пользуясь при этом пищевым вознаграждением или отвращением.
После этого им ставили задачи и проводили запись мозга. Выяснилось, что при запоминании двух похожих вещей моллюски пользовались одним и тем же нейроном. Возникала неизбежная в этом случае конкуренция и запомнившейся оставалась лишь одна вещь.
Иное дело, когда улиток обучали двум различным задачам. Те начинали использовать два отдельных нейрона. Конкуренция не возникала. Мозг успешно сохранял обе информации.
Исходя из этого, учёные сделали вывод, что, при желании выучить больше, нужно переключение между разнообразными темами. При этом не стоит стараться запомнить много похожей информации подряд.
Британские учёные смогли выявить у улиток также и мозговые рецепторы, которые аккумулируют воспоминания. То есть, даже у этих моллюсков имеется дублирующий механизм, способный к «подъёму» воспоминаний, которые долгое время были не нужны.
Есть ли у улитки мозг?
Улитки появились на нашей планете давно. Они приспособились обитать в различных средах и занимают в экосистемах определенные ниши. Но как удается брюхоногим моллюскам выживать в сложных условиях? Мозг – это важнейший орган, который определяет взаимоотношения организма и окружающей среды, позволяя адаптироваться к новым условиям и выискивать все новые способы выживания.
Улитки появились на нашей планете давно
Класс брюхоногие прошел длительный путь эволюции, поэтому его представители несут генетический опыт выживания и передают его следующим поколениям. У них появились разнообразные приспособления к среде обитания. При этом животные демонстрируют различные биологические усовершенствования — органы чувств, ногу для передвижения, структуры анализа информации и принятия решений (мозг, нервы, органы чувств). Нервная система помогла им выжить в борьбе за существование и занять нишу, в которой наиболее комфортно обитать.
Особенности нервной системы улиток
Виды класса брюхоногие имеют общие признаки строения нервной системы.
Нервная система улитки
Тип нервной системы у улиток
Тип нервной системы у гастропод — разбросанно — узловая система. В ней преобладают ганглии (скопления нервных клеток) и коннективы, комиссуры (перемычки).
Строение улитки ахатина
Каждая группа ганглиев выполняет определенную функцию:
У гастропод самое большое скопление нервных клеток находится на переднем конце тела.
Настоящий головной мозг с основными отделами и спинной мозг у брюхоногих отсутствует, вместо него жизненные функции организма регулируют скопления клеток – ганглии.
Мозг улиток на службе у роботов
Есть ли у улитки мозг? Эффективный центр — это ганглии, только два нейрона имеют самое большое значение в жизни: они отвечают за принятие сложных поведенческих реакций. Чтобы проверить это предположение, ученые создали контакт нейронов и электродов. Один нейрон несет информацию о чувстве голода, второй нейрон передает информацию о наличии пищи. У моллюсков имеется двадцати тысяч нервных клеток. Но для осуществления действий по утолению голода и поиска пищи нужна активация только двух нейронов. Так организм экономит энергию и биологические ресурсы. Результаты опытов используются в робототехнике, когда для запуска сложных механизмов применяются простые алгоритмы. Значит, требуется минимум контактов для действий искусственного интеллекта.
Улитки умеют принимать решения
Улитки гораздо умнее, чем о них думают люди. Из наблюдений натуралистов следует, что наземные ахатины часто покидают помещение, если его не прикрыть крышкой. Проворная парочка домашних питомцев действует дружно, сбегая по ночам из контейнера, в который их поселили. Моллюски одновременно сталкивали крышку, которая под сильным натиском ахатин легко открывалась, только совместными усилиями они могли вырваться на свободу. После побега одна особь забиралась в цветочный горшок, но далеко от контейнера не уползала, а вторая беглянка находила дверь в коридор и выползала из комнаты. Каким образом ахатина находила верный путь? Все поведение контролирует «мозг», и хотя это всего лишь скопление нервных клеток, но животные за сотни миллионов лет с их помощью научились выживать и приспосабливаться.
Улитки обучаются
Улиткам приходится выживать в природе, поэтому за длительный период эволюции у гастропод появился ряд приспособлений к среде обитания. В неволе эти брюхоногие учатся полезным для обитания в аквариуме приемам.
Улитки гораздо умнее, чем о них думают люди
Чем люди похожи на моллюсков
У умных животных нейроны образуют множество контактов между отделами мозга. Но все эти контакты должны работать, иначе связи разрушаются. Процессы, происходящие при контактах нейронов, изучил Эрик Кандел, работая с улитками. У человека слишком много нейронов, около 86 миллиардов, поэтому такое количество затрудняет исследование. У аплизии их всего лишь несколько, поэтому изучить влияние на обучение и память гораздо легче. В ходе опыта Эрик Кандел установил, что кратковременная память связана с увеличением проводимости уже существующих синапсов. Долговременная память формируется во время образования новых контактов между клетками. Эти выводы применимы и к человеку, нервные импульсы одинаково у всех организмов прокладывают пути в мозг. Так нервные процессы, происходящие у улиток, помогли понять сложные контакты, которые формируются в ЦНС человека.
Улиточные мозги
У представителей рода Helix ученые исследовали действие командных нейронов, отвечающих за поведение. Эти ведущие ганглии относятся к группе мультимодальных нейронов, связанных прямыми контактами с несколькими системами.
У умных животных нейроны образуют множество контактов между отделами мозга
У другого представителя наземных легочных моллюсков, африканской ахатины, обнаружили гигантские нейроны, способные выполнять такие же функции, которые у человека регулируют отдельные зоны коры головного мозга. При изучении гигантских командных нейронов у хеликса, ученые выяснили, что нервные связи устанавливаются не только с мышцами мантии, но и с сердцем. Такая взаимосвязь позволяет небольшому количеству клеток регулировать работу, которую у высших организмов выполняют тысячи нервных структур. Повышается эффективность работы отдельных нейронов, но уменьшается адаптивность нервной системы.
Так за счёт особенностей строения мультимодальных нейронов улитки с разбросанно — узловой нервной системой показывают сложное поведение, используя несколько пар ганглиев.
Улитки – доноры нервной ткани
Улитки – доноры нервной ткани
Подопытные животные с врожденной эпилепсией чувствуют себя прекрасно, у них уменьшается длительность припадков или совсем исчезает судорожная активность. Трансплантат выделяет физиологически активные вещества, действие которых еще до сих пор не изучено полностью. Теперь ученые пытаются установить, как влияют пересаженные ганглии на поведение крыс. В перспективе эти научные исследования предполагают создание эффективной методики для лечения тяжелых нарушений функций мозга человека. Изучая нервные процессы у брюхоногих, мы можем понять работу ЦНС человека. Это как в математике, применяя в вычислениях примитивный калькулятор, можно научиться работать с компьютером. У ПК – более сложный механизм, чем у калькулятора, но принцип действия одинаковый. Точно так же у животных, поняв сущность взаимодействия ганглиев, можно узнать, как действуют нейроны в мозге человека.
Улитки помогают исследовать память
Американские биологи из Калифорнии провели эксперимент по передаче долговременной памяти, используя ганглии моллюска аплизии или морского зайца. При проведении опыта улиток учили воспринимать угрозу для жизни, используя слабый разряд электрического тока. Брюхоногие моллюски реагировали на раздражение током сокращением мышц. Эксперимент повторили через день и установили, что при нанесении удара мышцы сокращаются быстрее на 50 секунд, чем у контрольной группы улиток, которая не прошла обучение. Продолжением исследований стала работа по пересадке РНК нервных клеток, несущих воспоминания об опасности новым улиткам.
В ходе эксперимента семь необученных особей реагировали на внешние раздражители так же, как и подопытные организмы, сокращая мускулатуру за 40 секунд. Во время выработки рефлекса действуют чувствительные нейроны, несущие определенные РНК. Опыт подтвердил предположения ученых, что нейроны отвечают за сохранение воспоминаний. В будущем предполагается использовать подобные РНК для восстановления памяти у людей, страдающих болезнью Альцгеймера.
Постоянный стресс делает улиток забывчивыми
Какие только открытия не делают ученые. Под их исследования попадает всё, начиная от давно доказанных законов, опасных заболеваний и заканчивая, например улитками. Кстати, наука, которая изучает моллюсков, называется малакологией. Наблюдения за моллюсками и их изучение помогают в таких сферах, как сельское хозяйство, медицина, пищевая промышленность. Также, например, благодаря сохранению раковин улиток, были сделаны открытия в датировке геологических слоев земли. Благодаря наблюдениям за прудовиками, ученым удалось выяснить, что они забывают, где располагаются в аквариуме самые опасные участки. Что провоцирует такую забывчивость, и рассказали биологи.
Постоянный стресс делает улиток забывчивыми
Ученая Сара Дейлсмэн, совместно с коллегами из английского Эксетерского университета, изучая функционирование нервных клеток и спиральных узлов у обыкновенных прудовых улиток (Lymnaea stagnalis), обнаружили универсальный для всех живых созданий механизм. Благодаря этому открытию стало известно, от чего именно зависит снижение памяти в стрессовой ситуации не только у улиток, но и у людей. Такую особенность ученые объяснили тем, что у всех беспозвоночных, в том числе и у улиток, самая простая структура нервных тканей, которая состоит из больших нервных клеток (что значительно упрощает процесс наблюдения за работой моллюсков).
Как биологи заставили нервничать моллюсков
Причиной возникновения стресса в такой ситуации стала нехватка кислорода в аквариуме с водой. Ученые специально снизили содержание O2 для своих наблюдений. Этот фактор вынуждал моллюсков подниматься на поверхность воды, чтобы вдохнуть кислорода. Когда они поднимались на поверхность воды, учёные перекрывали им отверстие для дыхания, это вынуждало прудовиков возвращаться обратно под воду. Таким способом биологам удалось измерить память у моллюсков и пронаблюдать, как долго они могут не открывать отверстие для дыхания во время всплытия к поверхности.
Соизмеряя память у различных улиток из группы прудовых, которых, кстати, существует 24 вида, биологи выяснили, что дополнительное напряжение ухудшало у моллюсков память. А сочетание нескольких стрессов вообще блокировала работу памяти.
Для ученых было необходимо понять, как разные виды стресса взаимодействуют вместе (потому что люди и животные в настоящей жизни постоянно подвергаются стрессовым ситуациям). Сара Дэйлсмэн рассказала: ” Постоянно тренируя улиток таким способом и наблюдая за деятельностью мозга прудовых, мы заметили, что даже разовый стресс нарушает функцию памяти у моллюсков, а постоянность таких ситуаций мешает возникнуть воспоминаниям”.
Пока не совсем ясно, в какой области ученые будут применять данное открытие, ведь то, что стресс влияет на многие функции организма, известно давно. Но, если биологи сделали такое открытие, то оно, несомненно, для чего-то пригодится.