Рис. 1. Грибовидные тела (показаны зеленым) — главный мозг у дрозофилы; здесь хранится и обрабатывается информация, здесь же принимаются решения. Фото с сайта web.missouri.edu

В серии экспериментов ученым из Оксфордского университета удалось доказать, что мухи задумываются, принимая решение: чем труднее задача, тем дольше мухи думают. Как показало сравнение обычных мух с мутантными линиями, в принятии решения участвует ген FoxP: мутанты с дефектным FoxP в трудных ситуациях думают существенно дольше, чем их нормальные сородичи. Этот ген у мух экспрессируется в грибовидных телах, в некоторых из клеток Кеньона; если нарушить их работу, то на решение задачи мухи тратят больше времени. Гены этого семейства и у дрозофил, и у млекопитающих, как следует из экспериментов, контролируют развитие и работу высших нервных функций.

Всем известно, как быстро мы отвечаем на вопрос «Сколько будет дважды два?», но если в задаче требуется подсчитать сложные проценты, то мы просим: «Дайте подумать». Чтобы решить трудную задачу, нам, людям, нужно для ответа некоторое время. Ученые из Центра нейронных сетей и поведения при Оксфордском университете показали, что мухи дрозофилы в этом смысле мало отличаются от людей: им тоже нужно время на решение трудных задач, тогда как с простыми они справляются быстро.

Это удивительное и изящное исследование построено на экспериментах, в которых плодовые мушки должны были отличить сильную («опасную») концентрацию пахучего вещества 4-метилциклогексанола от слабой («безопасной»). Предварительно у мух выработали условный рефлекс на этот «опасный» запах: мухи учились избегать его после серии электрических ударов. Потом тренированных мушек сажали в длинную канавку и с двух сторон подавали пахучее вещество в разных концентрациях (рис. 2). Мушка должна была побежать в противоположную сторону от «опасного» запаха — то есть от того конца, из которого подавалась опасная концентрация. Иными словами, она должна была отличить опасную концентрацию от безопасной.

Рис. 2. Слева: (вид канавки сверху) путь мухи (красная линия), которая, находясь в зоне принятия решений (коричневая полоса), правильно определила опасную концентрацию пахучего вещества (серый цвет). Справа: камера, в которой проводился эксперимент. Основная часть представляет собой коробку из термопласта с узкой продольной канавкой и входящими в нее на концах двумя трубками, через которые подается пахучее вещество в разных концентрациях. Мухи, обученные в предыдущих экспериментах избегать опасную концентрацию вещества, подсаживаются в канавку через боковые входы. Напротив них, в центре, находится помеченная площадка шириной 7 мм — зона принятия решения. Задача мухи — определить, с какой стороны подается вещество в опасной концентрации. Периодом принятия решения считается время, проведенное на 7-миллиметровой площадке. Камера сверху автоматически снимает маршрут мухи. Схемы из обсуждаемой статьи в Science и из дополнительных материалов к статье A. Claridge-Chang et al., 2009. Writing Memories with Light-Addressable Reinforcement Circuitry

Ясно, что чем больше контраст концентраций пахучего вещества с двух сторон, тем легче мухе выбрать правильную сторону и сориентироваться куда бежать. И, напротив, чем ближе между собой концентрации, тем сложнее дается ей решение. Действительно, в тех случаях, когда подавались контрастные концентрации вещества, муха справлялась за 1–2 секунды; а попав в трудную ситуацию с мало различающимися запахами, муха тратила на решение 2–2,5 секунды.

Методом перебора различных мутантных линий мух (41 линия) удалось выявить ген, который влияет на скорость принятия решения. Им оказался ген из группы FoxP. Гены этого подсемейства экспрессируются в ходе развития мозга позвоночных и беспозвоночных, и весьма вероятно, что один из них, FoxP2, связан у млекопитающих с функцией речи (см. новость Ген речи FoxP2 обзаводится помощниками, «Элементы», 27.11.2013). Мушки, мутантные по гену FoxP, в контрастных условиях (то есть в «легких» случаях) принимали решение быстро, не отличаясь от своих нормальных соседей. Но вот в трудных ситуациях они тратили на выбор маршрута существенно больше времени (рис. 3, справа). Интересно, что при дефектах одних аллелей FoxP точность принятых решений не изменилась (рис. 3, слева). При других дефектах точность могла снизиться почти до случайной.

Рис. 3. Показатели поведения мух в экспериментальной камере: доля мух, выбравших верное направление (слева) и время в секундах, проведенное на центральной площадке, то есть период принятия решения (справа). По оси абсцисс отложено отношение «безопасной» и «опасной» концентраций пахучего вещества: 0,1 означает, что безопасная концентрация составляет 10% от опасной; 0,9 — что 90%. Красным цветом показаны данные по мутантам по гену FoxP, черным — дикий тип. Графики из статьи в Science

Ген FoxP у дрозофил экспрессируется в грибовидных телах (рис. 1), в некоторых из клеток Кеньона (Kenyon cell). Если с помощью специальной процедуры выключить эти конкретные нейроны, то снова будет заметна задержка в принятии мухами решения в «трудных», неконтрастных, ситуациях. (Сама процедура — GAL4/UAS system — трудоемка, но эффективна; она связана с использованием специфически встроенных GAL4 генов.)

Манипулируя эффективностью работы кальциевых каналов в клетках Кеньона — а они регулируются FoxP — ученые смогли повлиять на мушиные раздумья. Если в экспериментах понизить работоспособность кальциевых каналов, то муха думает в трудных ситуациях еще дольше, а точность принятия решений, как и в случае серьезных повреждений FoxP, снижается почти до случайной.

Авторы работы заключают, что их данные подтверждают гипотезу о кумулятивном эффекте сигналов извне. Чтобы сигнал — в данном случае запах — сработал, нужно, чтобы соответствующие структуры накопили достаточное количество информации, достигнув порогового значения. Этот вывод был сделан на основе статистической обработки распределения временных характеристик мушиного поведения. Могут, однако, оказаться важными и другие результаты работы. С философской точки зрения, сильное впечатление производит аналогия человеческого и мушиного поведения в легких и трудных тестах. Хотя эта аналогия и поверхностная, но стоит задуматься о самых базовых механизмах принятия решений. Вероятно, не случайно, что в сердцевине этого сложнейшего процесса и у млекопитающих, и у мушек оказались гены одного подсемейства. Это чрезвычайно перспективное направление исследований.

Источник: S. DasGupta, C. H. Ferreira, G. Miesenböck. FoxP influences the speed and accuracy of a perceptual decision in Drosophila // Science. 2014. V. 344. P. 901–904.

Зараженных малярией будут отслеживать по телефону

Исследователи из Университета Саутгемтона в Великобритании отслеживают людей по мобильным телефонам, чтобы предположить будущие очаги малярии. По словам одного из ученых Эндрю Тэйтема, программа началась в 2008 году как сотрудничество с правительством Занзибара, пытающимся бороться со вспышками заболевания. Если человек, страдающий от малярии, переедет из места, где уровень заболевания высок, в другое место, где он низок, то есть вероятность, что это может стать угрозой для региона, не подверженному инфекции, особенно если такие передвижения будут массовыми. С помощью карты миграции переносчиков малярии,специалисты смогут отслеживать, где с большей вероятностью может усиливаться это заболевание и оперативно отправлять туда докторов и необходимые препараты. Подобная карта будет составляться с помощью спутниковых данных, поступающих с телефонов (например, SMS или звонков), и отслеживать, куда направляется тот или иной человек. Исследователи отмечают, что карта будет быстро обновляться и все данные останутся анонимными.

Конечно, звучит это все довольно оптимистично (хоть и пугающе из-за повсеместной слежки), но есть вероятность, что исследователи кое-что не упоминают. Это же Африка, ребят, откуда там у большинства мобильные телефоны?

Глобальная слежка как борьба со смертоносным заболеванием

Наша еда будущего? (7 фото)

На прошлой неделе фотограф Getty Images Шон Гэллап сделал фоторепортаж-презентацию для одного из кулинарных магазинов Берлина, где покупателям предлагают отведать леденцы со скорпионами, салат из кузнечиков и другие «насекомосодержащие» блюда. Всё больше людей, обеспокоенных вероятной проблемой недостатка еды в будущем, пропагандируют насекомых в качестве мощного источника пищи для человека, ссылаясь на их изобилие, высокий процент протеинов и низкую стоимость.

Германия. Берлин. 7 мая. Леденец со скорпионом. (Sean Gallup/Getty Images)

Германия. Берлин. 7 мая. Сушёные кузнечики, мучные черви и сверчки в приправах. (Sean Gallup/Getty Images)

Германия. Берлин. 7 мая. Салат с сушёными кузнечиками, приправленными перцем чили. (Sean Gallup/Getty Images)

Германия. Берлин. 7 мая. Бутерброд с сушёными мучными червями, приправленными корицей, кориандром, перцем и другими специями. (Sean Gallup/Getty Images)

Германия. Берлин. 7 мая. Леденец со скорпионом. (Sean Gallup/Getty Images)

Германия. Берлин. 7 мая. Сушёные мучные черви, приправленные корицей, кориандром, перцем и другими специями. (Sean Gallup/Getty Images)

Германия. Берлин. 7 мая. Сушёный кузнечик, приправленный перцем чили.

Био-тату-мастер

Мы всегда говорили: не позволяйте насекомым-кровопийцам себя кусать. Но городской энтомолог в Университете штата Колорадо Мэтт Кемпер с нами не знаком, поэтому он сделал нечто прямо противоположное — татуировочную машинку с клопами. Она сделана из фляги, проволочной сетки и тысячи голодных постельных клопов. Вам просто нужно приложить банку к коже, позволить клопам вас покусать, а затем любоваться не временную розовую «татуировку» — след их укусов.

Уникальное изобретение Кемпера покажут в одной из следующих серий телешоу «Невероятная наука» на телеканале «Science». В крышке банки вырезано отверстие в форме кролика, через которое клопы и получают доступ к человеческому телу. По словам эксперта по дикой природе Элли Харрисон, на татуировку уходит два часа — как раз столько идут воспалительные реакции, и иммунные клетки перегоняют к ткани новую кровь, в результате чего возникает отёк, покраснение и ощущение тепла.

Постельные клопы питаются только кровью. Они находят людей двумя способами — нащупывают тельцами или чувствуют выделяемый нами углекислый газ. Им не надо быть в непосредственной близости от человека, учуять его они могут с трёх метров.

Но делать татуировку с помощью постельных клопов совсем не больно. Биолог Карин Боднар говорит, что во время укуса клопы выпускают в кожу человека нечто под названием стилет. У них есть две трубки, и через одну из них клоп впрыскивает в кровь жертвы слюну. Эта слюна — своего рода антикоагулянт, замедляющее свёртывание крови химическое вещество. Также это анестетик, так что укусов человек практически не чувствует.

Временная татуировка держится на коже около двух недель. Осталось только научить клопов впрыскивать в кожу чернила вместо слюны.

Франция выделила €3 млн на спасение диких хомячков, пишет «Би-би-си». Речь идет об уникальном виде, называющемся большой эльзасский хомяк. С 1993 года он официально находится под охраной властей, однако численность животных сокращается. Французский проект подразумевает выращивание фермерами культур, которыми хомячки смогли бы питаться. В то же время кукуруза, которую выращивают фермеры, для питания этих хомячков не подходит.

Рэтзилла — гигантская крыса из Великобритании

Теперь у нас есть крысы крупнее кошек. Они появились уже в нескольких странах и стремительно становятся огромной (во всех смыслах) угрозой для человека.

В частности, рэтзилл видели по всей Великобритании — самая здоровенная достигала 60 см в длину. По словам борца с вредителями Маркуса Гисти, это очень опасное животное, особенно если в доме есть дети. Возможно, зима была недостаточно холодной, чтобы часть крыс погибла. В канализации, где они живут, пищи хватит на всех, и чем дольше живёт и чем больше ест крыса, тем крупнее она становится.

Такая крыса появилась в кухне Эрика Корсаса в Стокгольме: она достигала 40 см в длину и весила примерно с килограмм. Жена и две дочери Эрика с криком убежали из кухни. В ужасе был даже кот — он наотрез отказался связываться с крысой. В итоге грызуна выследил сам Эрик с двумя сыновьями. Они установили на кухне гигантскую мышеловку и ждали, пока ловушка захлопнется.

На фотографии вы можете видеть, как Эрик щипцами держит крысу за ногу: голова крысы в мышеловке, но глаза кажутся пугающе живыми. Фотография быстро попала в СМИ, и многие люди писали на форумах, что боятся спать из-за крыс. Впрочем, семья Эрика тоже боится, что в их кухне появится новый «посетитель».

Один репортёр сказал, что Эрику следовало заморозить тушку и выбросить. Другие сомневались в подлинности фотографии и говорили, что это обыкновенный фотомонтаж. Но учёные предсказывали подобную аномалию уже давно — есть мнение, что крысы постепенно будут становиться всё больше и больше и рано или поздно дорастут до размеров овцы.

Капибара

Как известно, крысы могут выжить где угодно и легко адаптируются к любым условиям. Уже сейчас грызуны имеют иммунитет ко многим ядам. По словам доктора Яна Заласивица, рано или поздно крысы смогут дорасти до размеров крупнейшего грызуна в мире — капибары, которая достигает веса в 80 кг. Но на это им, вероятно, потребуется никак не меньше нескольких столетий.

Зебры полосатые только из-за мух

Полоски — это защита от насекомых

Полосы зебр — эволюционная аномалия, которая ставит учёных в тупик вот уже сотни лет. Гипотезы выдвигались разные: что они нужны для спаривания, для защиты от хищников, камуфляжа или теплозащиты. Ни одна из этих гипотез, впрочем, не была подкреплена доказательствами. Но исследователи из Калифорнийского университета, кажется, нашли причину: такой окрас защищает зебр от кровососущих насекомых — переносчиков болезней.

Ранее было замечено, что слепни избегают садиться на поверхности в чёрно-белую полоску. Чтобы раз и навсегда узнать, зачем зебрам полосы, учёные отметили на картах географическое распределение зебр, лошадей и ослов, а также отличия в окрасе шкур зебр. Затем они учли такие данные, как температура, рельеф, количество и ареал обитания хищников и кровососущих насекомых.

По данным исследования, никакие факторы, кроме мух и слепней, к полосатости зебр отношения не имеют. Но зебры обитают именно в тех частях мира, где мух больше всего. Исследователи отметили, что короткая шерсть зебр делает их особенно чувствительными к укусам насекомых, что может объяснить, почему полосатой шкуры нет у других животных.

Тем не менее, ответ привёл к появлению нового вопроса: почему кровососущим насекомым не нравится полосатая шкура?

80-летняя Руан Тан, проживающая в городе Ханчжоу на востоке Китая, посвящает восемь часов в день убийству мух. Пенсионерка не знает устали и бьет крылатых насекомых без выходных семь дней в неделю.

По ее собственным оценкам, она способна сократить популяцию насекомых приблизительно на 1000 особей в день. Иногда она проводит до двух часов возле урны, чтобы убедиться, что внутри нее больше не осталось ни одной мухи.

Женщина завела свое необычное и трудоемкое хобби, когда вышла на пенсию и по-прежнему полна желания приносить пользу обществу. Теперь китайскими СМИ хвалят женщину за ее преданность.

«Я ушла на пенсию и столкнулась с тем, что не знала куда девать огромное количество времени. Наблюдая за тем, что происходит вокруг, я искала, чем бы я могла помочь сообществу и быть полезной даже на пенсии. Тогда-то я и заметила, как много мух беспокоит людей в летнее время. Я решила, что убийство мух будет лучшим способ для меня оставаться полезной, и с тех пор я делаю это каждый день», — приводит слова китайской пенсионерки Mail Online.

В истории, написанной о женщине, китайская местная газета написала: «Мухи — враг человечества, являющийся источником навязчивого шума и переносчиком болезней». Кроме того, как отмечает издание, их трудно убить и они очень быстро размножаются.

«Ей удается убивать их экологически безопасным способом. Кто знает, сколько бы мух было в нашем районе, если бы Тан не посвятила себя уничтожению насекомых», — заключает местная газета.

Сама женщина говорит, что чувствуют себя очень хорошо от того, что может помочь соседям, уничтожая отвратительных мух. Особенно она рада тому, что ее усилия были замечены и по достоинству оценены. Тан также отмечает, что дело, которому она решила посвятить себя, помогает и ей. Женщина убеждена, что ежедневная охота на мух помогает ей поддерживать себя в форме.

«Она действительно специалист по убийству мух. Она — наша героиня, — сказал сосед Тан, 58-летний Цзянь Сяо. — Только представьте, сколько бы сегодня было этих насекомых, если Тан не объявила им войну 14 лет назад».

Зачастую бывает, что у кого то «в голове живут тараканы», но случается так, что и в тараканах кто то живет. Вот посмотрите на такой финт природы.

Для изумрудной осы ampulex compressa зомбирование тараканов – испытанное средство, позволяющее обеспечить едой ее собственные прожорливые личинки. Оса, обитающая в тропических регионах Африки, Индии и тихоокеанских островов, жестоко использует тараканов в своем жизненном цикле.

Выглядит эта оса даже очень привлекательно. В длину она достигает 1,5-2 сантиметра и окрашена в ярко зеленый, а иногда темно-синий цвет с металлическим отливом.

Обитает изумрудная оса в тропиках Африки, Южной Азии и на некоторых тихоокеанских островах. В середине 20 века она была завезена и на Гавайские острова.

Группа ученых под руководством Фредерика Либерсата в течение нескольких лет исследовала методы охоты изумрудных ос ampulex compressa на тараканов periplaneta Americana. Как это нередко бывает, оса использует тараканов в качестве пищи для своего потомства: приведя жертву в гнездо, она откладывает ей в брюшко яйцо. Вылупляющаяся впоследствии личинка пожирает таракана.

Оса жалит дважды, причем второй раз точно направляет свое жало в мозг таракана. Либерсат и его коллеги выяснили, что яд осы блокирует нейромедиатор октопамин, который вовлечен в подготовку такого сложного процесса, как хождение.

Что именно вызывает такое послушание таракана, до сих пор не было известно. Зная, что оса обычно сначала «оглушает» его первым укусом, а затем еще раз жалит в голову, целясь гораздо точнее, ученые предположили, что яд, впрыскиваемый в организм жертвы, блокирует работу нейротрансмиттеров – веществ, служащих передатчиками импульсов между нервными клетками.

Жертвами изумрудной осы становятся исключительно тропические тараканы. Она превращает их в самых настоящих зомби, которые готовы идти за своим создателем куда угодно, даже в его логово. В конечном итоге тараканы превращаются в детский садик для ее вечно голодного потомства.

Для тараканов это рабство начинается со случайной встречи не в том месте и не в то время. Несмотря на свои скромные размеры, оса довольно шустро справляется со своей жертвой, которая превосходит ее в 2-3 раза.

В отличие от пауков многие осы сначала парализуют свою жертву прежде чем съесть или затащить в логово. Примерно так же поступает и изумрудная оса. Во время нападения она моментально наносит 2 укуса. Первый приходится на любой участок тела таракана, так как его основное предназначение – парализовать свою жертву и уменьшить ее сопротивление и борьбу. А второй укус наносится таракану точно в голову (в мозг).

В этот момент она вводит ему особое биологически активное химическое вещество — октопамин, который выступает в качестве блокатора основных химических сигналов в мозге. В нашем случае, у таракана теряется способность осмысленно двигаться.

Увы, оса при своих незначительных размерах просто не в состоянии дотащить огромного таракана до своего логова. Но природа-матушка уже обо всем позаботилась. Впрыснутый яд, как уже было сказано, лишает добычу способности передвигаться осмысленно, но все же двигательные функции у нее остаются. Тогда оса берет таракана за голову или усы и ведет его, словно собачку на поводке, к своей норке. А тот даже и не думает сопротивляться.

Там она откладывает на его брюшке свою немногочисленную кладку, состоящую из одного 2-мм яйца. Чтобы обезопасить «своего» таракана от случайного набега других насекомых, оса заваливает выход из логова маленькими камушками.

При появлении личинки, таракан становится для нее одновременно живым домом и столовой. Самое ужасное для него то, что все это время (4-5 дней) он остается живым, хотя и малоподвижным, и чувствует, как личинка осы начинает поедать его изнутри. Затем она окукливается прямо в его теле, после чего таракан умирает. Через 8 дней от добычи остается лишь хитиновый покров, из которого появляется уже полноценная изумрудная оса, готовая проделать с другими тараканами такой же эксперимент.

За свою непродолжительную жизнь изумрудные осы могут «прозомбировать» таким способом 2-3 десятка тараканов.

Недавно израильским ученым удалось создать точно такую же смесь токсинов, которые оса впрыскивает тараканам. Создали они и противоядие, которое возвращает таракану свободу воли. Хочется верить, что «лекарство» не будут использовать для борьбы с поголовьем ос