Шлемоголовые представители мира пресноводных рыб, африканские мормировые рыбы, известны тем, что имеют соотношение размеров мозга и тела, подобное человеческому.
Но на самом деле размер мозга мормиридов сильно различается. Эти различия дают возможность взглянуть на то, что стоит за массой.
Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе очень подробно нанесли на карту области мозга мормировых рыб. В новом исследовании, опубликованном в выпуске журнала Current Biology от 15 ноября, они сообщают, что часть мозга, называемая мозжечком, больше у представителей этого семейства рыб по сравнению с родственными рыбами, и это может быть связано с использованием ими слабых электрических импульсов. разряды, чтобы найти добычу и общаться друг с другом.
Нахождение размера само по себе не особенно удивительно для тех, кто следит за этой рыбой, сказал Брюс Карлсон, профессор биологии в области искусств и наук. «Это почти стало трюизмом, - сказал он. По крайней мере, у мормиридов считалось, что «большие мозги означают большой мозжечок».
Вместо этого исследователи озабочены тем, как их новые измерения могут помочь пролить свет на давние вопросы нейроанатомии.
По мере того, как мозг становится больше, увеличиваются ли все области мозга предсказуемым образом? Или естественный отбор действует независимо на отдельные области мозга - так, что определенные части мозга увеличиваются у животных, у которых есть дополнительные причины их использовать?
«Если вы посмотрите на человеческий мозг, то увидите, что кора головного мозга превратилась в гигантскую часть, поглотившую другие области мозга», - говорит Кимберли В. Сухум, первый автор нового исследования, недавно защитившая докторскую диссертацию. по биологии в Вашингтонском университете. Она работает постдокторантом в Медицинской школе Вашингтонского университета в Сент-Луисе.
«Нечто подобное мы видим с мозжечком у мормировых», - сказал Сухум. «Но было неизвестно, как эта область стала такой большой - и даже если у всех видов был очень большой мозжечок».
Существует более 200 видов мормиридов. Некоторые из них были тщательно изучены из-за их особых электросенсорных систем. Исследователи долго искали ответы на вопрос, как эти рыбы используют электрические импульсы для общения и поиска пути. Другие виды семейства мормировых в значительной степени игнорировались.
Для этого анализа Карлсон и Сухум решили сравнить особей шести видов мормировых, одного вида, который считался близким родственником, и трех других отдаленно родственных видов рыб.
Сукхум и Карлсон использовали технологию микро-КТ, чтобы собрать полные сканы мягких тканей мозга рыб, а затем кропотливо определили ориентиры, очерчивающие отдельные области внутри них. Трехмерные карты, которые они создали, позволили им измерить и сравнить объем отдельных областей мозга с большой точностью.
У всех рыб, которых они сравнивали, они обнаружили, что по мере увеличения общего размера мозга размеры отдельных областей мозга также увеличивались предсказуемым образом. Однако в случае с мормиридами они обнаружили, что размер мозжечка нельзя полностью предсказать по общему размеру мозга.
Другими словами, у электрических рыб мозжечок был значительно больше, чем у рыб без молнии. Кроме того, у электрических рыб задний мозг был крупнее, чем у их родственных неэлектрических собратьев.
Если можно показать, что одна часть мозга увеличивается или уменьшается независимо от других частей мозга, то нейроанатомы говорят, что это пример того, что называется мозаичной эволюцией. Мозаичные сдвиги считаются относительно редкими, и большая часть текущих исследований по этой теме сосредоточена на выявлении видов природных ситуаций, в которых происходят такие сдвиги.
«Здесь мы видим, что мозаика увеличивается только у мормиридов, а не у аутгрупп», - сказал Сухум. «И одна из вещей, которую мы видим у мормиридов, а не у чужих групп, - это электросенсорная система. Между этими двумя вещами существует потенциальная связь».
У некоторых из измеренных ими мормиридов был чрезвычайно большой мозг - в три раза больше, чем у самых маленьких мормиридов в исследовании. Несмотря на такую разницу в общих размерах, признаков мозаичных изменений мозжечка внутри группы выявлено не было. Это свидетельствует о том, что мозаичные сдвиги - не просто результат эволюции большого мозга. Вместо этого сдвиги, вероятно, связаны с эволюцией новых черт, таких как электросенсорная система.
Это исследование не может точно сказать, почему у мормиридов такой большой мозжечок - только то, что он есть.
Но у Карлсона есть предчувствие. Он считает, что эта часть мозга может выполнять львиную долю работы мормиридов по планированию движений, а также по тому, как рыба предвосхищает сенсорную обратную связь, которую она получает, когда движется и посылает электрические импульсы.
"Существует гораздо больше планирования и последствий, чем для обычной рыбы", - сказал Карлсон.