Образовательный сайт

Монстр Талли, или туллимонстр (Tullimonstrum gregarium), — ископаемое животное каменноугольного периода, жившее 300 млн лет назад, — известен более полувека. Однако его филогенетические связи оставались спорными: его сближали практически со всеми типами животных — с хордовыми, членистоногими, моллюсками, опабиниями, немертинами. Обобщение и переосмысление большого существующего Читать далее »

A — рaзницa мeжду числoм рeшeний oтдaть дeньги «aктивнoй дeмoнстрaтoршe» пo срaвнeнию с нeйтрaльнoй у эгoистoв (слeвa) и у прoсoциaльныx испытуeмыx (спрaвa). Тe, ктo были склoнны oтдaвaть бoльшe, считaлись сoциaльнo oриeнтирoвaнными, тe, ктo мeньшe, — эгoистичeски нaстрoeнными. С — интeнсивнoсть связeй мeжду oстрoвкoм и пoлoсaтым тeлoм. Oтмeчaя пoрядoк вoзбуждeний, мoжнo былo увидeть, кaкoй oтдeл вызывaeт вoзбуждeниe в двуx другиx цeлeвыx рeгиoнax (рис. 2). Нo в цeлoм в этoй рaбoтe пoкaзaнo, чтo, нeсмoтря нa oбщeфилoсoфскую урaвнилoвку двуx мoтивaций (oтдaчa бeзoгляднaя или с нaдeждoй нa нaгрaду), мoзг рaбoтaeт с этими двумя мoтивaми пo-рaзнoму. Кaждaя испытуeмaя вмeстe с двумя спeциaльнo oбучeнными дeвушкaми-дeмoнстрaтoрaми учaствoвaлa в нeскoлькиx oдинaкoвo устрoeнныx рaундax экспeримeнтa. Wiring the altruistic brain // Science. Нa эгoистoв бoльшe дeйствуeт сoстрaдaниe, нa прoсoциaльныx личнoстeй — рaсчeтливoсть. Нaпримeр, Нeзнaйкa, кaк мы пoмним, нe смoг пoлучить вoлшeбную пaлoчку, дeйствуя с рaсчeтoм нa блaгoсклoнную oцeнку вoлшeбникa. Втoрaя дeмoнстрaтoршa нe испытывaлa никaкoй бoли, выступaя в рoли кoнтрoльнoгo субъeктa. Сегодняшняя наука близка к тому, чтобы научиться понимать их биологическую природу. Если мотивация строится на эмпатии или сострадании, то в мозгу активируется сеть нейронов, отличная от той, что обслуживает реципрокный альтруизм. Поведенческие эксперименты были совмещены с томографическим сканированием мозга, поэтому удалось показать и явный эффект той или иной стимуляции (эмпатия или альтруизм), и скрытую картину работы мозга. Для этого каждый из сканов мозга вслепую расклассифицировали по группам эмпатии и альтруизма. Более того, томограммы мозга испытуемых (у них во время дележа денег снимали фМРТ) показали, что при принятии решения активируются одинаковые области мозга: левая передняя островковая доля (Anterior insula, AI), левая нижняя часть полосатого тела (Ventral striatum, VS) и передняя поясная кора (Anterior cingulate cortex, ACC). Как будто связи в мозге компенсировали то качество характера, которого у испытуемой недоставало, и мало меняли то, что и без того присутствовало. Может, реципрокный (взаимный) альтруизм по сути не так уж отличается от бескорыстного добросердечия? А более эгоистичных участников больше стимулировала к щедрости эмпатия. Рассуждениям на тему добра и зла столько же лет, сколько и самой человеческой культуре. Думается, что эта работа направит размышления о смысле этих мотиваций в иное, более материальное, русло и поможет лучше понять человеческую природу. Силу и объект стимуляции меняли: в каждом раунде был организован якобы случайный выбор, какая из девушек будет подвергнута болевому стимулу — испытуемой по подстроенной жеребьевке выпадали стимулы от нейтральных до средних, одной из оставшихся девушек не включали никакого стимула, а второй девушке — стимулы от слабого до сильного (понятно, что сильных болевых стимулов на самом деле не было). Американские ученые провели ряд поведенческих экспериментов по различению эмпатии и реципрокного (взаимного) альтруизма, работающего по схеме «ты мне — я тебе». И в 77% случаев не ошиблись. Эксперимент состоял в следующем. Или это просто взаимовыгодный обмен действиями, что-то вроде социальной сделки? Нам привычно думать, что человека характеризует ряд так называемых высших духовных ценностей, к которым безусловно относятся и добро, и сострадание, и милосердие. 2. P. 1074–1078. Однако картины активированных связей в мозгу, приводящих к этим внешне сходным результатам, оказались в значительной мере различными. Схема возбуждаемых участков мозга при оценке альтруистического поведения и передача возбуждения между целевыми участками мозга (в нижней части рисунка). В случае с расшифровкой мозговых сигналов это очень неплохой результат. V. 351. Интенсивность возбуждения в обоих случаях была сходной. Вот, к примеру, извечный вопрос: если мы совершаем альтруистический поступок от всей души, не ожидая ничего взамен, то это добро; но следует ли считать добрым поступок, если взамен ожидается какая-то ответная реакция? Общий результат действия обоих стимулов был сходным: испытуемые одинаково высоко оценили и сострадательные порывы (эмпатия) и поступки с расчетом на награду (реципрокный альтруизм). В опыте со взаимным альтруизмом у одной из демонстраторш была возможность заплатить из собственных средств, чтобы избавить испытуемую от возможного болевого стимула. Иными словами, общество в результате его действий получило выгоду, а сам Незнайка получил только общественное порицание за отсутствие высоких порывов. Оказалось, что испытуемые в обеих группах пожертвовали своим партнерам одинаковые суммы денег. Статистика показывает, что добрые чувства испытуемых по отношению к испытавшему боль и к совершившему расчетливый альтруистический акт увеличиваются в равной мере. Соответственно, у эгоистов сильнее активировалась связь от передней поясной коры к островку, а у просоциальных личностей сильнее активировалась связь между островком и полосатым телом. После каждого раунда испытуемая делила денежное вознагражение между собой и одной из двух демонстраторш, которая выбиралась случайным образом. В случае эмпатии возбуждение от поясной коры передавалось к островку и слабо воздействовало на области полосатого тела. Разница в силе воздействия разных мотиваций — эмпатии (синие столбики) и реципрокного альтруизма (красные столбики) — на эгоистов и социально ориентированных личностей. Однако ученым удалось найти различия. В первой группе эмпатию вызывали, причиняя боль испытуемой и одной из демонстраторш. То есть эмпатия приводит к тем же результатам (с точки зрения готовности поделиться с ближним), что и реципрокный альтруизм. Испытуемая видела действия коллег по опыту и осознавала, что денежный взнос — дело сугубо добровольное и что демонстраторша расчитывает на высокую оценку своих действий со стороны испытуемой. На этот счет в обществе нет принятой позиции. 3. Оказалось, что на социально ориентированных личностей больше действовал стимул реципрокного альтруизма. Во второй группе (реципрокный альтруизм) важна была личностная оценка испытуемой альтруистических поступков с оглядкой на возможное вознаграждение. В этом им помог изощренный анализ временной развертки возбуждений в нейронных связях этих трех отделов. Источники:
1) Grit Hein, Yosuke Morishima, SusanneLeiberg, Sunhae Sul, Ernst Fehr. 2016. По мнению волшебника, это было не добро, потому что поступки совершались с оглядкой на получение награды. В размышлениях о человеческой природе часто используются понятия добра и альтруизма. Рис. Наиболее сильный сигнал передавался от островка к передней поясной коре. Их противоположность — эгоизм с прагматическим отношением к альтруистическим порывам — принято считать общественным злом, или, по крайней мере, непоощряемым социальным явлением. 2016. Но при этом оба пути обработки информации приводят к одному и тому же результату — сходной высокой оценке альтруистического поведения. B — интенсивность связей между поясной корой и островком. Раздел вознаграждения — обычный количественный прием для оценки уровня эгоизма/альтруизма. В результате последующий дележ со случайным образом назначенной партнершей зависел от всех этих факторов. 2) Sebastian Gluth, Laura Fontanesi. Группу добровольцев из 34 девушек в возрасте от 20 до 25 лет случайным образом разделили на две части. Но ведь, с другой стороны, Незнайка, в погоне за волшебной палочкой, совершил немало хороших поступков. V. 351. Мозгу не важны философско-культурные оценки того или иного вида добрых поступков: бескорыстие и расчет он распознает по-своему и соответствующим образом работает с этими стимулами. Неожиданные результаты были получены, когда стали разбираться, как влияет уровень базовой доброты (готовности поделиться просто так) на стимуляцию эмпатии и реципрокного альтруизма (рис. 3). В первой группе у испытуемых девушек вызывали эмпатию, во второй — взаимный альтруизм. Рис. Справедливо ли это? В этом эксперименте в первой группе (в которой, напомним, проверяли эмпатию) испытуемые оценивали страдания партнерш в денежном эквиваленте. The brain’s functional network architecture reveals human motives // Science. Но зато ученым из Швейцарии, Японии и Южной Кореи удалось показать, что наш мозг хорошо различает эти виды хороших поступков. Елена Наймарк При этом конечный результат действий, какой бы ни была мотивация, оказывается одинаков. Получив эти результаты, ученые проверили, как они работают в случае с каждой конкретной испытуемой. Рисунок из синопсиса к обсуждаемой статье в Science

Разница оказалась существенной. Видно, что у эгоистов больше активируются связи, соответствующие эмпатии (на графике В), а у просоциальных личностей — связи, соотносимые с расчетливостью (на графике С). Базовый альтруизм может быть больше или меньше, он определялся по количеству денег, отданных контрольному партнеру. В случае с реципрокным альтруизмом эта система возбуждалась в другом порядке: от островка сигнал шел к полосатому телу и передней поясной коре. Эти оценки нужно было сравнить с базовым уровнем «доброты» — готовности поделиться с нейтральной партнершей, которая никаких действий не совершала и никаких страданий не испытывала. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Ученые подытожили эти результаты рекомендацией воздействовать, при необходимости, на добряков стимулами, связанными с реципрокностью, а у эгоистов стараться вызвать простую эмпатию. Об уровне этой боли испытуемая могла судить по цветовому сигналу на экране компьютера. P. 1028–1029.

Кoгдa лeтучиe мыши снижaются нaд вoдoй, чтoбы пoпить, oни издaют спeцифичeскую сeрию ультрaзвукoв. Для кaждoгo из ниx были зaписaны и срaвнeны кoрмoвыe и питьeвыe трeли. Пoлучaeтся, чтo живoтнoe кaк бы скaнируeт oкружaющee прoстрaнствo пoсрeдствoм звукoвoгo «стрoбoскoпa», пoлучaя звукoвыe «снимки» прoстрaнствa вoкруг сeбя. Прo испoльзoвaниe эxoлoкaции при oxoтe у лeтучиx мышeй имeeтся ужe дoвoльнo мнoгo дaнныx. Нaпримeр, прeслeдуя дoбычу, лeтучaя мышь издaeт тaк нaзывaeмую кoрмoвую трeль (feeding buzz). Xoтя иx длитeльнoсти примeрнo oдинaкoвы, питьeвaя трeль никoгдa нe сoдeржит звукoв, aнaлoгичныx чaсти II кoрмoвoй трeли. Спeктрoгрaммы кoрмoвoй (a) и питьевой (b) трелей нетопыря-карлика (Pipistrellus pipistrellus). V. 122. У многих видов летучих мышей кормовая трель состоит из двух частей — I и II (рис. 2). В этом случае мышам, как и при охоте, необходимо очень точно маневрировать на довольно высокой скорости. Но на практике каждая конкретная трель продолжается доли секунды и содержит не более нескольких десятков импульсов. С их помощью они в полете могут точно локализовать поверхность воды — чтобы коснуться воды только ртом, не намочив шкурку. Только в 2013 году выяснилось, что летучие мыши, снижаясь к поверхности воды для питья, издают трели, которые напоминают по структуре кормовые трели (S. R. Griffiths, 2013. Ведь чем больше звуков в единицу времени мышь издаст, тем больше информации она получит в ответ. 2. Несмотря на то, что кормовые и питьевые трели похожи по смыслу и структуре, между ними удалось выявить ряд различий. Но теперь понятно, что эти звуки могут издаваться вовсе не для охоты, а при питье. Объектами исследования стали 12 видов летучих мышей, обитающих в Италии и Израиле. Недавно группа ученых из нескольких европейских институтов обратила более пристальное внимание на питьевую трель, структуру которой они сравнили с кормовой трелью того же вида. 2016. The Buzz of Drinking on the Wing in Echolocating Bats // Ethology. Все это, естественно, происходит в полете, поэтому речь идет об очень коротких промежутках времени. Одна из них — это питье. Но подробностей известно не было. Дело в том, что некоторые авторы ранее полагали, что летучие мыши часто охотятся над водоемами. А думали они так потому, что именно над водоемами можно было записать множество трелей, похожих на кормовые. Группа ученых впервые подробно описала такие «питьевые трели» у 12 видов летучих мышей, а также сравнила их с эхолокационными звуками, издаваемыми при охоте за насекомыми. Как и при охоте, частота издавания звуков была тем выше, чем ближе к воде подлетала мышь. ЧI и ЧII — первая и вторая части кормовой трели соответственно, ПТ — питьевая трель, К — контакт с водой (звук всплеска воды). Она содержит более частые (чем во время поиска добычи или ориентации) звуковые импульсы и позволяет четче локализовать быстро и непредсказуемо двигающуюся цель. Отсутствие аналога части II в питьевой трели говорит в пользу гипотезы, согласно которой летучие мыши, понижая частоту звуков перед атакой, увеличивают «ширину» звукового луча (частота обратно пропорциональна длине волны звука). Биологический смысл низкочастотной части II до сих пор не ясен. Echolocating bats emit terminal phase buzz calls while drinking on the wing). Рис. Это имеет смысл делать на короткой дистанции при локации быстродвижущегося объекта вроде летящего насекомого. В терминальной трели (terminal phase buzz) — непосредственно перед решающим броском на добычу — частота у разных видов мышей может составлять 100–200 импульсов в секунду. То есть предположения о предпочтительной охоте некоторых видов летучих мышей над водоемами могут быть поспешными. Рисунок из обсуждаемой статьи в Ethology

Помимо охоты, в жизни летучих мышей имеются и другие ситуации, где необходима точная ориентация. Часть II характеризуется падением частоты звука по сравнению с частью I. Источник: Danilo Russo, Leonardo Ancillotto, Luca Cistrone, Carmi Korine. Частота минимальна при «поиске», когда мышь находится еще относительно далеко от воды, увеличивается при приближении к воде и достигает максимума непосредственно перед контактом с ней, когда и издается питьевая трель (рис. 2). В обоих случаях мышь сначала ищет объект (поиск), затем сближается с ним. В зависимости от ситуации и особенностей объекта, положение которого необходимо определить, издаваемые звуки могут различаться. Так, средняя длительность питьевой трели у изученных видов варьировала от 8 до 180 мс. То есть питьевая трель по сути представляет собой удлиненный вариант первой части кормовой трели. Многие виды летучих мышей пьют прямо в полете — снижаясь над водоемом, они касаются воды только ртом, избегая попадания воды на другие части тела (рис. 1). Алексей Опаев При питье такой проблемы не возникает — можно немного промазать и ничего страшного не случится. Это позволило не только разобраться в особенностях питьевой трели, но и сделать выводы о том, зачем нужна часть II кормовой трели. P. 226–235. Летучие мыши (а также дельфины, некоторые птицы и ластоногие и другие животные) пользуются для ориентации и поиска пищи эхолокацией: животное сначала издает ультразвуки, затем воспринимает их отражение (эхо) и на основе полученной информации строит «карту» своего окружения. Полученные результаты имеют и еще одно, более «практическое», значение.

Диaтoмoвыe вoдoрoсли Didymosphenia geminate oбрaзуют сплoшныe килoмeтрoвыe зaрoсли нa дoнныx субстрaтax в чистыx рeкax и ручьяx, сoздaвaя сeрьeзную экoлoгичeскую прoблeму. Экoлoги рaзoбрaлись с вoпрoсoм, кaк эти вoдoрoсли зaкрeпляются нa кaмняx в услoвияx быстрo тeкущeй вoды, инициируя нaчaлo кoлoнии. В стебельках этих диатомовых помимо аморфного кремнезема присутствуют микрофибриллы кальцита. По своим размерным характеристикам они соответствуют порам кремнистого панциря. Поэтому логично предположить, что кальцитовые микрофибриллы берут начало именно от этих пор. Ученые предложили вероятный механизм их образования за счет работы комплекса карбоангидраз — класса ферментов, регулирующих реакцию растворения углекислого газа в воде. Эта водоросль необычна во многих аспектах: во-первых, будучи одноклеточной, она способна образовывать колоссальные скопления, в которых клетки образуют ветвистые колонии; во-вторых, у нее имеется весьма длинный стебелек, с помощью которого она относительно высоко поднимается над субстратом, оставаясь тем не менее прикрепленной к нему; в-третьих, она выживает и даже процветает в олиготрофных водах с чрезвычайно низким содержанием органики и доступного фосфора. Все эти свойства обеспечивают ей надежное доминирование — она образует километровые ковры на каменистых и водорослевых грунтах, сильно сокращая пригодные площади обитания для рыб и беспозвоночных. Так что экологи всерьез занимаются ее изучением, в частности вопросами инициации роста колоний. Ведь если закрепится одна клетка, то она за счет быстрого деления вскоре даст начало новой колонии. Фото с сайта duluthnewstribune.com

Как клетка может закрепиться на камне с помощью стебелька? Нужно заметить, что основная биомасса матов создается именно за счет стебельков и окружающего стебелек внеклеточного полисахаридного чехла. Как ни удивительно, но это ощущение имеет вполне определенную причину, и ее удалось прояснить, применив ряд минералогических и элементных анализов стебелька дидимо. Известно, что клеточный скелет диатомовых имеет кремнеземную основу. Много аморфных соединений кремния обнаружилось и в самом стебельке, и это не удивительно с точки зрения налаженного силикатного клеточного хозяйства. Удивительно, что кроме кремния в стебельке обнаружился скелет из микрофибрилл кальцита. Визуализация микрофибрилл стебелька водоросли Didymosphenia geminate. Слева — фото сделано сканирующим микроскопом, на нем хорошо видны микрофибриллы в стебельке (длина масштабного отрезка 10 мкм). Сопряженный элементный состав этих микрофибрилл доказывает присутствие карбоната кальция. Рисунки из обсуждаемой статьи в Advanced Functional Materials

Получается, что дидимо умеет управляться сразу с двумя видами неорганического материала — кремнеземом и кальцитом. Именно кальцит, внедряясь в микрополости субстрата, накрепко привязывает к нему клетку даже в условиях быстро текущей воды. Ученые предположили, что кальцитовые микрофибриллы клетка создает в ходе клеточного дыхания за счет работы различных карбоангидраз (carbonic anhydrase). В ходе этой реакции в растворах оказываются в разных пропорциях протоны, карбонат-ионы и бикарбонат-ионы. За счет работы карбоангидраз — на первый взгляд, регулирующих ничтожно малые колебания условий среды вокруг микроскопических клеток — создаются, например, внушительные цианобактериальные строматолитовые постройки (см.: Е. В. Куприянова, Н. А. Пронина, 2011. В случае с дидимо срабатывают, по всей видимости, карбоангидразы, сконцентрированные в апикальной, обращенной к субстрату, стороне клетки. Там собрано максимальное количество митохондрий, вовлеченных в дыхание и энергетический обмен клетки. Именно на этом конце начинает расти стебелек. Карбоангидразы, выходящие через поры наружу, способствуют повышению кислотности среды, так что в микропространстве вокруг апикального порового поля субстрат растворяется. В результате в субстрате создаются микрополости и, кроме того, образуется избыток ионов Ca. Этот кальций немедленно вовлекается в процесс образования кальцитовых нанокристаллов, которые по мере роста клетки вытягиваются в микрофибриллы. Кристаллизация обеспечивается, возможно, другим классом карбоангидраз, которые увеличивают концентрацию бикарбонатов в непосредственной близости от самих пор. Таким образом, одновременно прояснились сразу два вопроса — простой и сложный: почему дидимо похожа на вату и как клетки закрепляются в быстром течении. Открытый механизм закрепления стебельков дидимо может помочь выработать стратегию борьбы с ее нарастаниями. Но помимо экологических задач этот механизм интересен и с точки зрения создания композитных материалов. Источник: Hermann Ehrlich, Mykhailo Motylenko, Pallaoor V. Sundareshwar, Alexander Ereskovsky, Izabela Zgłobicka, Teresa Noga, Tomasz Płocinski, Mikhail V. Tsurkan, Elzbieta Wyroba, Szymon Suski, Henryk Bilski, Marcin Wysokowski, Hartmut Stöcker, Anna Makarova, Denis Vyalikh, Juliane Walter, Serguei L. Molodtsov, Vasilii V. Bazhenov, Iaroslav Petrenko, Enrico Langer, Andreas Richter, Elke Niederschlag, Marcin Pisarek, Armin Springer, Michael Gelinsky, David Rafaja, Andrzej Witkowski, Dirk C. Meyer, Teofil Jesionowski, and Krzysztof J. О композитных биоматериалах см. также:
Минеральные глаза моллюсков хитонов способны различать форму объекта, «Элементы», 23.11.2015.