Наталья Смирнова
27 сентября 2026
Почему у мотыльков есть любимая сторона: умные решения для маленького мозга
Исследование профинансировали Баварская академия наук, Академия стипендиатов Гектора, Немецкий научно-исследовательский фонд и
Институт перспективных исследований при Университете города Констанц (Германия).
Для нейробиологии представленный здесь результат исследования — наглядный пример того, как эволюция решает проблему "ограниченного мозга": за счёт создания эффективных сенсомоторных "модулей" (глаз-хоботок), что позволяет экономить вычислительные ресурсы и выполнять сложную пространственную задачу с минимальной обработкой данных.
Исследование укрепляет идею о том, что латерализация — это не случайность или побочный эффект, а эволюционный адаптивный инструмент для упрощения сложных задач. Будь то у человека или насекомого, принцип один: наличие "излюбленной" стороны снижает когнитивную нагрузку.
Латерализация (от лат. lateralis — «боковой») — это функциональная асимметрия, то есть неравнозначность функций между левой и правой сторонами тела. Проще говоря, это предпочтение одной стороны тела при выполнении определенных действий.
У большинства людей есть ведущая рука, которой они предпочитают писать или брать чашку с кофе. То же самое относится и к ногам — например, при игре в футбол. Подобные предпочтения встречаются и у многих других животных: птицы, осьминоги, насекомые и другие часто отдают предпочтение левой или правой конечности или усику ( antenna)
при выполнении определенных действий. Эта так называемая латерализация широко распространена в животном мире и встречается у организмов с самыми разными типами нервной системы.
Но как быть с органами, которые есть только в одном экземпляре, например с нашим языком или хоботком животных? Даже в таких случаях может происходить латерализация. В своем последнем исследовании опубликованном в журнале PNAS группа ученых под руководством Лохлана Уолша и Анны Штёкль из Констанцского университета продемонстрировала один из таких примеров.
Статья "Сохранение латерализованной зрительно-моторной оси при исследовательских действиях хоботка бражника".
Conservation of a lateralized visuomotor axis in hawkmoth proboscis probing
doi 10. 1073/ pnas. 2609365123
Они обнаружили, что бражники-колибри — вид дневных бабочек, которые, подобно своим тезкам-птицам, питаются нектаром цветов, — имеют предпочтительную сторону, в которую они вытягивают свой хоботок при исследовании цветков. Это может быть решением, которое природа выработала для обеспечения точного контроля действий даже у организмов с относительно простой нервной системой.
Мотыльковая версия праворукости
Чтобы определить, в какую сторону мотыльки-бражники вытягивают свой длинный хоботок, исследователи предлагали насекомым поверхности искусственных цветов, к которым они подлетали и обследовали. С помощью высокоскоростных камер и инструментов компьютерного зрения они смогли детально реконструировать движения хоботка и отследить их относительно остального тела.
Исследователи обнаружили, что некоторые особи при осмотре цветка располагали кончик хоботка преимущественно слева от срединной линии тела, в то время как другие отдавали предпочтение правой стороне. Сила предпочтения той или иной стороны у разных особей была разной, подобно тому как это происходит у людей, в зависимости от того, какая рука ведущая.
Более того, предпочтение той или иной стороны проявлялось с самого начала эксперимента, а не формировалось с накоплением опыта. «Это говорит о том, что латерализация хоботка является врожденной особенностью и играет важную роль в поведении бабочек при обследовании цветов», — говорит Штёкль.
На следующем этапе исследователи проанализировали поле зрения животных во время исследования цветка. Они обнаружили, что у бражников не только есть предпочтительная сторона для вытягивания хоботка, но и доминирующий глаз, который смотрит на ту часть цветка, к которой насекомое прикасается. Сторона этого доминирующего глаза всегда совпадала со стороной, на которой насекомое предпочитало располагать хоботок. «У насекомых довольно маленький мозг. Расположение хоботка в поле зрения доминирующего глаза может сэкономить ценные вычислительные ресурсы при управлении поведением. Вместо того чтобы постоянно просчитывать движение со всех возможных ракурсов, животное может полагаться на привычную сторону своего тела, которая направляет его движения», — объясняет Уолш.
Неожиданным оказалось то, что хоботок оставался в поле зрения доминирующего глаза, даже когда часть этого глаза была в ходе эксперимента закрыта. «Люди или птицы в такой ситуации адаптировались бы, перемещая конечность в поле зрения незакрытого глаза. А бражники, напротив, меняют положение тела на цветке так, чтобы видеть его незакрытой частью доминирующего глаза, и сохраняют свою изначальную стратегию взаимодействия глаза и хоботка», — говорит Уолш. Из-за ограниченных вычислительных возможностей своего мозга мотыльки, по-видимому, полагаются на эффективную координацию доминирующего глаза и хоботка.
В совокупности полученные данные свидетельствуют о том, что для точного и гибкого поведения не нужен большой мозг. «Вместо этого животные могут полагаться на эффективные обходные пути, заложенные в виде связей между телом, органами чувств и движениями», — объясняет Штёкль. У бражников одним из таких обходных путей является совместная работа глаза и хоботка. «Каждая бабочка решает задачу поиска цветка, ориентируясь на то, с какой стороны находится ее тело. Таким образом, наше исследование позволяет предположить, что латерализация может быть одним из способов, с помощью которых природа упрощает выполнение сложных задач — будь то попытка дотянуться до кофейной чашки или использование хоботка для поиска нектара, когда насекомое зависает над цветком."
Цитата из научной статьи учёных: "Эти результаты раскрывают конвергентные принципы латерализованного зрительно-моторного контроля у насекомых, людей, птиц и слонов." (имеется в виду конвергентная эволюция).
Останки человеческого мозга демонстрируют неожиданную способность сохраняться тысячелетиями.
Британские учёные высказали гипотезу, которая объясняет почему нервная ткань сохраняется на протяжении долгого времени.
Иллюстрация 1: Фрагменты мозга человека, похороненного на кладбище викторианских рабочих домов (Бристоль, Великобритания) около 200 лет назад. Среди костей, которые были извлечены из сильно затопленной могилы, не сохранилось никаких других мягких тканей..
Иллюстрация 2: Морфологические и биохимические особенности пяти механизмов консервации мозга. Изображения демонстрируют
образцы омыленного, замороженного, дубленого, обезвоженного мозга, и образец, механизм сохранности которого «неизвестен».
Мягкие ткани вроде мышц или внутренних органов сохраняются в геологической летописи гораздо хуже, чем кости. Обычно процесс разложения останавливает антропогенная консервация — мумифицирование, бальзамирование, замораживание. В естественной среде это происходит крайне редко: такими «капсулами времени» можно назвать, например, болота, где обнаруживали тела мамонтов и людей, живших более четырех тысяч лет назад. А в Альпах находили замороженную мумию тирольского ледяного человека из бронзового века.
Считается, что человеческий мозг после смерти начинает разлагаться в числе первых внутренних органов. Поэтому находки сохранившихся образцов мозгов людей называют уникальными или очень редкими.
Но группа специалистов из Оксфордского университета (Великобритания) опровергает это мнение. Ученые собрали архив более чем из четырех тысяч останков человеческого мозга — многие возрастом как минимум 12 тысяч лет. Статья с описанием образцов опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society B.
Human brains preserve in diverse environments for at least 12 000 years
PMID: 38503334
Авторы искали в литературе свидетельства о сохранившихся нервных тканях человека, анализировали общие черты останков и среду отложений. Затем они привязывали находки к конкретным точкам на карте, изучали условия палеоклимата и различные типы сохранности.
Всего 4405 образцов человеческого головного мозга обнаружили во всех частях света (больше всего — в Европе), за исключением Антарктиды. Исследователи выделили пять типов консервации: обезвоживание, замораживание, омыление и дубление (в кислой среде). Пятый тип, как отметили авторы статьи, не кодифицирован в научной литературе — они назвали его «неизвестным».
Почти треть останков относится к этой разновидности консервации — такие мумифицированные останки находили на затонувших кораблях, в гробницах, деревянных и свинцовых гробах и даже в отрубленных головах. Интересно, что почти все образцы головного мозга, сохранившиеся «неизвестным» образом, — единственные мягкие ткани, которые остались от древних людей. Это соотносится с общей частотой встречаемости консервированных мягких тканей. Мышцы и кишечник, датируемые периодом от мезолита (примерно 9000 лет до нашей эры) до XX века, находили 43 раза, в то время как головной мозг — гораздо чаще, 3862 раза.
Наибольшую долю из всех проанализированных останков нервной ткани составляют обезвоженные — 1667 образцов. Однако механизм консервации остается неизвестным. Крепкая черепная коробка может защитить содержимое от полного разложения, но останки головного мозга находили и в раздробленных черепах охотников-собирателей.
Авторы статьи предположили, что соединения белков и липидов с такими металлами, как медь или железо, присутствующими в мозге, при определенных условиях могут создавать прочные молекулярные связи. Подобные комплексные соединения образуют минералы и стабилизируют нервную ткань на долгое время.
«Вопрос о том, являются ли эти обстоятельства экологическими или связаны с уникальной биохимией мозга, находится в центре внимания нашей нынешней и будущей работы. Мы находим удивительное количество и типы древних биомолекул, сохранившихся в этих археологических мозгах, и интересно изучить все, что они могут рассказать о жизни и смерти наших предков», — отметила автор исследования Александра Л. Мортон-Хейвор.
Источник: журнал Naked Science статья
Останки человеческого мозга показали неожиданную способность сохраняться тысячелетиями.
Ранее было опубликовано:
Мозг британца не сгнил за 2000 лет. Загадка "мозга из Хеслингтона" так и не разгадана.
Учёные лишь предположили, что в тканях мозга по какой-то причине скопились в достаточном количестве вещества, блокирующие ферменты-разрушители, известные как протеазы.
Эволюция мозга, вестибулярный аппарат и морская болезнь
Отрывок из книги нейробиолога Дина Бернетта «Идиотский бесценный мозг. Как мы попадаем на все уловки и хитрости нашего мозга».
Много миллионов лет назад не существовало механизмов, благодаря которым мы сейчас способны думать и рассуждать. Первая рыба, которая на заре времен выбралась на сушу, не терзала себя мучительными сомнениями, размышляя: «Зачем я это делаю? Здесь невозможно дышать, и у меня вообще нет легких, что бы они из себя ни представляли...». Нет, до сравнительно недавнего времени мозг выполнял очень простую и понятную роль: всеми доступными средствами сохранял телу жизнь.
Очевидно, что мозг первобытного человека хорошо справлялся с этой задачей, потому что человечество как вид выжило и стало самой главной формой жизни на земле. С тех пор у людей развились сложные познавательные способности, однако функции, которые выполнял мозг первобытного человека, не потеряли своей значимости. Пожалуй, они стали даже еще важнее; способность рассуждать и разговаривать стоит не так уж многого, если при этом вы умираете от того, что просто все время забываете поесть или гуляете над пропастью.
Тело необходимо мозгу, чтобы его питать, а мозг необходим телу, чтобы его контролировать и заставлять делать то, что нужно. (На самом деле они связаны еще сильнее, чем следует из этого утверждения, но не будем пока углубляться в детали.) Поэтому в мозге протекает множество базовых физиологических процессов: контроль за работой внутренних органов, реакция на возникающие проблемы, удаление отходов. В общем, техобслуживание. За эти жизненно важные процессы отвечают...
Перспективы, которые открывают перед человечеством
в ближайшем будущем особенности нашей нервной системы.
Отрывок из книги нейробиолога Дэвида Иглмена "Живой мозг". Дэвид Иглмен (род. 25 апреля 1971 г.) - американский neuroscientist, популяризатор науки. Преподает нейробиологию в Стэнфордском университете.
Младенец учится использовать рот и дыхание для
формирования речи без помощи генов и Википедии — он просто
лепечет. Звуки вылетают из крохотного ротика, и маленькие ушки
улавливают их, а мозг сравнивает, насколько близки издаваемые им
звуки тем, которые он слышит от родителей. Здесь малышу очень на
пользу восторги пап и мам, когда у него получается произнести
определенные сочетания звуков, как и отсутствие позитивного
отклика на другие звуковые комбинации. Таким образом, постоянная
обратная связь помогает ребенку улучшать навык речи, пока он не
начнет гладко изъясняться на английском, китайском, бенгальском,
яванском, амхарском, чукотском или любом другом из семи с
лишним тысяч языков, на которых говорят обитатели нашей
планеты.
Точно так же мозг младенца учится моторным движениям —
посредством моторного лепета.
Понаблюдайте за младенцем в кроватке. Сколько хаотических
движений он совершает: то пытается укусить большой пальчик на
ножке, то стукается обо что-то лбом или дергает себя за волосики,
сгибает-разгибает пальчики и прочее в том же духе. Так он учится
сопоставлять свои действия c получаемыми в результате
сенсорными ощущениями, то есть понимать язык собственного тела:
он подмечает, как исходящие вложенные усилия связаны со
следующими сигналами. Подобным образом мы все в какой-то
момент научаемся ходить, отправлять в рот сладкие земляничины,
держаться на поверхности воды в бассейне, висеть на перекладинах
турника и прыгать «ноги вместе — ноги врозь».
Но, что еще больше радует, ту же нехитрую методу обучения
мы пускаем в ход, когда добавляем нашему телу всевозможные
расширения. Возьмем катание на велосипеде — эволюция,
конструируя наш геном, даже не мыслила, что будет изобретено
такое средство передвижения. На заре нашего биологического вида
мозг человека больше приспосабливался лазать по деревьям,
притаскивать в пещеру пищу, мастерить примитивные орудия и
ходить на большие расстояния. Успешная езда на велосипеде
предъявляет нам новый набор вызовов: удерживать корпус в
равновесии, менять направление движением рук и мгновенно
останавливаться, сжимая пальцы. Невзирая на все эти хитрости,
любой семилетний мальчишка может продемонстрировать, что
добавленное к плану тела расширение (велосипед) легко и
непринужденно присоединяется к имеющемуся в моторной коре
эскизу тела.
Но обычными велосипедами дело не ограничивается...
Если вам случалось водить машину в другой стране с
непривычной для вас стороной движения и нетрадиционным
расположением руля, вы знаете, какое это тяжкое испытание.
Например, если вы привыкли к правостороннему движению и
оказались в Великобритании, где оно левостороннее (или наоборот),
то много раз по ошибке свернете не так и не туда, прежде чем
адаптируетесь к новым условиям. Но в конечном счете все равно
освоите езду, потому что ваша зрительная система подмечает
последствия каждого действия и соответственно корректирует их.
Если все пойдет хорошо, нервная система успеет внести нужные
поправки в ваши действия, прежде чем вы въедете в стог сена.
Наверное, кажется странным, что мы способны обучаться
управлять телом разными способами, притом что двигательная кора
у нас одна. К счастью, мозг по контексту безошибочно угадывает,
какую программу запускать. Он применяет соответствующую схему
(шаблоны для организации разных категорий информации), и в
результате вы при езде на велосипеде двигаете себя вперед за счет
круговых движений бедер, а при беге трусцой машете руками и
поочередно переступаете ногами.
Вот пример, как я недавно заставил себя на уровне сознания
испытать наличие такой схемы в собственной голове. В моем
грузовичке отвалилось зеркало заднего вида. Я собирался тут же
устранить поломку, но был настолько погружен в написание этой
книги, что несколько недель вообще ездил без зеркала. В конце
концов я все же выкроил время заехать в автосервис, потому что
одна маленькая странность буквально сводила меня с ума: когда я
был за рулем, мой взгляд сам собой то и дело устремлялся вправо и
вверх и я ловил себя на том, что смотрю на кроны деревьев по
обочине дороги. Очевидно, что глаза привычно обращались туда, где
раньше висело зеркало, с намерением оценить обстановку сзади. Но,
разумеется, на кухне, в офисе или в спортзале я никогда не стреляю
глазами вверх и вправо, желая выяснить, что творится у меня за
спиной; это происходит, только когда я еду за рулем. Интересно, что
я совершенно не отдавал себе отчета в том, что такая схема всегда
присутствовала в моей голове, хотя она в каждый момент оценивала
возможности маневра, учитывая положение других участников
движения, и соответствующим образом корректировала мои
двигательные функции. Точно так же во время пробежек я никогда
не сжимаю пальцы, чтобы остановиться, а при езде на велосипеде не
поднимаю ногу, чтобы через что-то перешагнуть.
....Мозг просто следует той или иной схеме, чтобы
приводить в действие мышцы сообразно контексту. Мать-природа,
располагая всего несколькими десятками тысяч генов для
конструирования живых тварей, по всей видимости, не может
спрограммировать весь спектр потенциальных действий, которые
они могли бы производить в условиях реальной жизни. Какой же у
нее остается выход? Правильно, выстроить систему, которая сама
себя познает.
Именно эта остроумная придумка позволяет серферам и
скейтбордистам... оттачивать свое мастерство. Они
пробуют различные варианты движений, положений тела, поз и
равновесий (моторные пробы) — и оценивают результат. Если я
наклонюсь влево, смогу ли я удержаться на волне или плюхнусь в
холодную воду? .. Обратная
связь позволяет моторной системе отрегулировать миллионы
параметров и в следующий раз действовать успешнее. Таким
образом организм выстраивает модель своего взаимодействия с
реальностью. Он усваивает свои возможности и результаты
действий, делая поправку на окружающую среду.
Столь обширная гибкость мозга объясняет, почему мы так легко
водворяемся внутрь новых механизмов.
Вспомним Эллен Рипли, героиню фильма «Чужой». В кульминационной сцене она в смертельной схватке с
мерзким, скользким Чужим забирается в гигантский робот-скафандр,
который усиливает ее движения мощными металлическими
конечностями наподобие человеческих. Поначалу Эллен неуклюже
пошатывается, но, немного попрактиковавшись, уже может наносить
сокрушительные удары по сочащимся слизью сусалам Чужого.
Рипли быстро учится владеть новым гигантским телом, благо ее
мозг корректирует взаимосвязи между ее командами скафандру
(«Замахнуться рукой!») и входными сигналами («Где теперь эта
огромная правая ручища?», «Не слишком ли сильно меня кренит
влево?»).
Подобные новые связи легко усваиваются, что
демонстрируют своим примером операторы вилочных погрузчиков,
крановщики и хирурги-лапароскописты — все они каждое утро
приходят на работу, чтобы ловко управлять своими затейливыми
«новыми телами». Обладай мозг Эллен Рипли узкой специализацией
управлять только двухметровым человеческим телом стандартного
образца, она пошла бы на закуску Чужому.
Мой пример взят из научной фантастики, но принцип, лежащий
в его основе, применим к роликовым конькам,
велосипедам, креслам на колесиках, доскам для cерфинга, сегвеям,
скейтбордам и сотням других устройств, которые мы подвязываем,
пристегиваем или иным способом прикрепляем к телу в качестве его
продолжения. Специфические особенности этих устройств, их вес,
сочленения, двигательные возможности и управление ими —
словом, все, что мы можем с ними делать, — находят путь к нашему
мозгу и встраиваются в его нейронную сеть.
На заре авиации пилоты
с помощью тросов и рычагов превращали крылатые машины в
продолжение своего тела. Разумеется, нечто очень похожее
проделывают современные летчики: их мозг выстраивает внутри
себя представительство авиалайнера, воспринимая его как часть
тела. То же самое происходит у пианиста-виртуоза, вальщика леса с
бензопилой и пилота дрона: мозг встраивает в себя их рабочий
инструмент как естественное расширение тела и соображает, как
этим инструментом управлять. Трость слепого человека при движении не
просто выставлена вперед, а встроена в его нейронные связи.
Теперь задумайтесь, какие перспективы все это откроет перед
человечеством в ближайшем будущем. Как вам идея дистанционно
управлять роботом, причем только силой мозговой активности? В
отличие от Эллен Рипли, вам даже переселяться в него не придется:
вы будете не совершать движение, а просто думать его. Если
захотите, чтобы робот поднял руку, он тут же сделает это. А если
пожелаете присесть на корточки, выполнить пируэт или
подпрыгнуть, робот исполнит вашу мысленную команду мгновенно
и безошибочно. Это из области фантастики, скажете вы. Вовсе нет,
мы с вами уже на пути в нашу ближайшую реальность.