Bezkręgowce w smutku i radości

Bezkręgowce w smutku i radości

Natalia Reznik,
Kandydat nauk biologicznych
"Chemia i życie" №2, 2018

Emocje mają ogromny wpływ na nasze życie, zaburzenia emocjonalne – jeszcze bardziej. Są złożone, nie jest łatwo je studiować iw tym celu przydatne jest posiadanie obiektu modelu. Bezkręgowce, z małym i nieskomplikowanym układem nerwowym, służyły już dobrze neurobiologom, może przydadzą się tutaj. Ale najpierw musisz dowiedzieć się, czy mają emocje, czy nie.

Czym są emocje?

Ludzie z charakterystycznym antropocentryzmem pod słowem "emocje" oznaczają przede wszystkim uczucia: gniew, radość, niespodziankę, strach, przyjemność. Stany te są zwykle wyrażane przez dźwięki, mimikę i gesty. Podobne objawy można spotkać u kręgowców, zwłaszcza u ssaków, a bezkręgowce – u zwierząt. Ich mięśnie mimiczne nie są rozwinięte, a trzmiel nie zacznie się mruczeć: "Och, jaki jestem zły, jak zły!" W takich przypadkach konieczne jest zarządzanie znakami pośrednimi. Eksperci definiują emocje jako tymczasowy stan mózgu, wynikający z oceny otoczenia w oparciu o subiektywne doświadczenie. Stan ten wpływa na zdolności poznawcze, zachowanie i niektóre objawy fizjologiczne, a te zmiany można naprawić.Na przykład strach jest emocją, w której zwierzę czuje się zagrożone i jest gotowe, w zależności od okoliczności, do obrony, ucieczki lub ukrycia się. Jednocześnie zachodzą zmiany poznawcze (zmiana uwagi na pewne bodźce: hałas, zapach, rodzaj migotania w krzakach), zmiany w zachowaniu (biegnie lub chowa się zwierzę) oraz stan fizjologiczny (zwiększa się bicie serca).

W przypadku pojawienia się emocji, jak wynika z definicji, konieczne jest subiektywne doświadczenie, a aby je zdobyć, konieczne jest co najmniej zapamiętanie i ocena tego, co się dzieje. Zachowanie wielu bezkręgowców jest na pozór bardzo proste i naukowcy wierzyli, że ich interakcja ze światem opiera się na prostych reakcjach sensomotorycznych: lecimy do zapachu, uciekamy od cienia nad naszymi głowami, ukrywamy się przed jasnym światłem. Jednak badania prowadzone w ciągu ostatnich kilku dekad wykazały, że mózg bezkręgowców, choć jest prostszy, niż mózg ssaków, działa zgodnie z tymi samymi zasadami i może rozwiązywać złożone problemy. Bezkręgowce mają sieci neuronowe, narządy zmysłów, zdolność uczenia się i pamięć. Nawet grają (patrz "Chemia i życie" nr 2, 2015), dlatego też zdobywają subiektywne doświadczenia.A jeśli tak, możesz poszukać ich emocji.

Ponieważ bezkręgowce nie zachowują się jak ludzie, naukowcy muszą rozwiązywać wiele problemów metodologicznych, a praca w tym obszarze jest niewielka. Uzyskane w nich dane zostały zebrane i sklasyfikowane przez specjalistów z laboratorium ekologii sensorycznej i behawioralnej pszczół na Queen Mary University of London (Journal of Experimental Biology, 2017, 220, 3856-3868). Rozpoczęli analizę od wpływu emocji na percepcję poznawczą.

Pesymiści i optymiści

Stan emocjonalny ludzi wpływa na ich poznawcze postrzeganie rzeczywistości: pamięć, uwagę, ocenę ryzyka i inne podobne cechy. U zwierząt trudniej jest udowodnić związek emocji i zdolności poznawczych. Jednym z pierwszych eksperymentów w tej dziedzinie byli specjaliści z Uniwersytetu w Bristolu (Natura, 2004, 427, 312). Opierali się na dobrze znanym fakcie, że osoby doświadczające negatywnych emocji negatywnie oceniają niejednoznaczne bodźce, a pozytywne emocje również dostrzegają pozytywne bodźce. Idź na przykład na ulicy drugiej. Jedna propozycja pójścia do nieznanej kawiarni, a druga, jeśli jest w dobrym nastroju, chętnie się zgadza, a będąc w złym oświadcza, że ​​jego stopy nie będą w tej jadalni.

Bristolscy naukowcy pracowali ze szczurami.Na początku zwierzęta uczono, że usłyszawszy dźwięk określonego tonu i naciskając dźwignię, dostaną kęsa. W odpowiedzi na dźwięk o innej wysokości, lepiej nie dotykać tej samej dźwigni, w przeciwnym razie szczury będą musiały cierpieć z powodu głośnego hałasu przez 30 sekund. Kiedy zwierzęta nauczyły się tej lekcji, zostały losowo podzielone na dwie grupy. Komórki grupy kontrolnej utrzymywano w doskonałej kolejności. Szczury skazane na negatywne doświadczenia były umieszczane w nieprzewidywalnych warunkach, na które zwierzęta nie mogły wpływać: ich klatki były pochylone, łóżka zwilżone lub obcy znajdował się obok nich. W takiej sytuacji gryzonie wykazywały objawy łagodnej depresji. Następnie naukowcy powtórzyli eksperyment za pomocą dźwigni, dołączając do niego, oprócz przyjaciół, nowe dźwięki. Zwierzęta, które ucierpiały w pochyłej klatce z mokrą ściółką, zastanawiały się dłużej, czy nacisnąć dźwignię i rzadziej przyciskać, oceniając nieznany dźwięk jako negatywny bodziec. Zwierzęta z grupy kontrolnej naciskały dźwignię coraz szybciej, mając nadzieję, że w tym przypadku otrzymają ucztę. A właściwie dlaczego nie?

Ryc. 1. Od wstrząsów doświadczanych przez pszczoły, pesymistów i odrzucania nieznanych zapachów.Kontrolne owady uznają, że nowy smak obiecuje przyjemny posiłek.

Ta metoda została przyjęta przez badaczy bezkręgowców. Specjaliści z Uniwersytetu w Newcastle zdołali zamienić pszczoły miodne w pesymistów (ryc. 1). Początkowo owady uczono, że roztwór cukru pachnie 1-heksanolem i 2-oktanonem w stosunku 1: 9, a gorzki roztwór chininy – mieszanina tych samych składników w odwrotnej proporcji, 9: 1. Następnie połowa pszczół została zasadzona w probówce i gwałtownie się zatrzęsła. Według eksperymentów takie wstrząsy przypominają pszczołom atak drapieżnika na ul. W następnym etapie owady zostały zaoferowane, oprócz znajomych smaków, zapachów 1-heksanolu i 2-oktanonu w nieznanych kombinacjach 3: 7, 1: 1 lub 7: 3. Kiedy pszczoła czuje smakowitość, wyciąga trąbkę, więc badacz widzi, jak owad ocenia nowe smaki. Po wstrząśnięciu pszczoły nie oczekiwały niczego przyjemnego, nowe bodźce były w większości negatywnie oceniane, a trąbka rzadziej rzadziej niż owady kontrolne. Nieprzyjemne doświadczenie wpłynęło na ich percepcję poznawczą. Ale możliwe jest również inne wytłumaczenie – wstrząs zniszczył hemolimfę pszczół, poprawiając ich podatność, w wyniku czego owady wiedziały na pewno, że nieznany im zapach nie był słodki.

Ryc. 2 Słodkie życie ustawia optymistyczny nastrój. Trzmiele są wykorzystywane do tego, że roztwór sacharozy znajduje się pod niebieską kartą po lewej stronie, a woda pod zieloną kartą po prawej. Teraz muszą zdecydować, czy zbadać centralną rurkę.

Londyńscy badacze z Queen Mary University byli bardziej ludzcy niż ich koledzy z Newcastle. Pracowali z ziemskimi trzmielami. Bombus terrestris, a ich podopieczni nie musieli się martwić nieprzyjemnymi chwilami. Po pierwsze, trzmiele jak zwykle nauczyły się rozróżniać dwa bodźce. Wpadli do komory z pięcioma rurami, z których jedna została oznaczona kolorową kartą. Po lewej, pod niebieską kartą zawsze była słodka woda, a po prawej pod zieloną – prosta (Ryc. 2). Owady poleciały prosto pod niebieską kartą. W dziurce pod zielenią nie wspinali się, ale po prostu latali po aparacie. Pod koniec szkolenia trzmiele potraktowano kroplą syropu, a następnie wprowadzono do komory, gdzie środkowa probówka oznaczona została pośrednim, niebiesko-zielonym kolorem. Część syropu była dość mała, jak mały kawałek czekolady dla osoby. Nie mogła nakarmić owada, ale zmieniła jego spojrzenie na życie. Leczone trzmiele, częściej niż grupa kontrolna, wspięły się do centralnej probówki, spodziewając się znaleźć w niej coś słodkiego,jednak ich prędkość lotu i aktywność badawcza nie uległy zmianie. Taka reakcja przypomina ludzki optymizm.

Strach i czułość

Prawdopodobnie jedną z najbardziej oczywistych emocji jest strach. Zmienia zachowanie zwierzęcia tak, aby trudno było go nie zauważyć. Eksperymentatorzy przestraszyli zwierzęta dawno temu, jedno z pierwszych badań strachu u bezkręgowców przeprowadzono na ślimakach morskich Aplysia californica (Nauka, 1981, 221, 504-506).

Strach definiuje się jako ogólny stan przygotowawczy ciała, wywołany bodźcem, zapowiadającym bezpośrednie niebezpieczeństwo. Badacze stymulujący wybrali taki, który zwykle nie wywołuje strachu, aby nie pomylić tej emocji z wrodzonym odruchem. Ślimak morski to masywny mięczak o długości około 40 cm i wadze do 7 kg (ryc. 3). Ekstrakt z krewetek został wylany na niego powoli (małż jest przypuszczalnie obojętny, zjada algi), a następnie został zszokowany na głowie prądem. Wkrótce zwierzęta zdały sobie sprawę, że cuchnący ekstrakt zapowiada kłopoty. Gdy tylko poczuł zapach, ślimaki przestały jeść, wciągnęły głowy, uwolniły płyn z atramentu lub próbowały się czołgać. Takie zachowanie przypomina działania strasznych ssaków – eksperymentatorzy zdołali przestraszyć bezkręgowce.

Ryc.3 Ślimak morski Aplysia californica uwalnia płyn atramentowy

Strach jest spowodowany oczekiwaniem oczywistego zagrożenia, ukryte zagrożenie jest alarmujące. Ludzie i zwierzęta są niespokojni w nieznanym lub nieprzyjemnym otoczeniu. Klasyczną metodą badania lęku u zwierząt są eksperymenty w labiryncie o podwyższonym poziomie. Jego dwa rękawy są otwarte, dwa są zamknięte. Zwierzęta mają tendencję do unikania wysokości i otwartych przestrzeni, szczególnie jeśli są zaniepokojone. Jeśli dokładnie sprawdzą nieznany labirynt i nie spieszą się z ukryciem, wtedy są spokojni.

Ryc. 4 Rak został zasadzony w centrum labiryntu z podniesionym krzyżem. W zależności od poziomu lęku, zbada nowe miejsce lub pośpieszy, aby wczołgać się w ciemność.

W takim labiryncie, zanurzonym w wodzie, umieść raki Procambarus clarkii (Ryc. 4). Jeśli wcześniej otrzymali serię wstrząsów elektrycznych, nie byli skłonni badać nowego miejsca i byli zatkani w ciemnych rękawach. Negatywne doświadczenia potęgowały ich niepokój. Raki zachowywały się w podobny sposób, trzymane w tym samym akwarium z silniejszym kolegą, w bitwach, w których regularnie poniosły klęski. Ich zwiększony niepokój przypomina postępowanie osób podlegających oficjalnemu oskarżeniu.

Powtarzające się, niekontrolowane stresy powodują depresję, która u zwierząt manifestuje się jako bezradność. Była badana przez niemieckich naukowców z Rudolf Virchow Center (Aktualna biologia, 2013, 23, 799-803). Pracowali z muszkami owocowymi, które umieszczano jeden po drugim w niskiej komorze; nie można było w niej wystartować, tylko chodzić (ryc. 5). Kamera była oświetlona diodą podczerwieni, a cień muchy padł na czujnik optyczny umieszczony na tylnej ścianie. Gdy Drosophila zatrzymała się na sekundę, czujnik wykrył brak ruchu, a kamera nagrzała się do niewygodnej temperatury 37 ° C. Mucha próbowała uciec przed upałem, a gdy tylko wznowił ruch, temperatura spadła do zwykłego 24 ° C. W pobliżu był drugi aparat z inną muchą. Temperatura w nim zmieniła się w zależności od zachowania Drosophila w pierwszej komorze, a mucha numer dwa nie mogła wpłynąć na reżim temperatury. Po dziesięciominutowym treningu upał został zatrzymany, pozostawiając muchy na 24 stopnie. Doświadczone doświadczenie wpłynęło na dalsze zachowanie muszek owocówek. Muchy, przyzwyczajone do kontrolowania sytuacji, biegły żwawo, a owady kontrolne latały wolno i częściej odpoczywały. To zachowanie przypomina depresję ssaków.Wyniki te zostały potwierdzone w eksperymentach, w których ogrzewanie zostało zastąpione przez wyładowanie elektryczne.

Ryc. 5 Gdy tylko przestanie latać, kamera nagrzewa się. Owady, które nie mogą kontrolować tego procesu, rozwijają depresję.

Strach, depresja, pesymizm. Wygląda na to, że naukowcy w ogóle nie oszczędzają swoich podopiecznych, a jedynie badacze trzmieli starają się ich nie denerwować. Negatywne emocje uczą się częściej. Częściowo wynika to z faktu, że większość prac, nawet tych wykonywanych na zwierzętach, ma na myśli problemy człowieka i wiąże się z negatywnymi emocjami. Ogólnie rzecz biorąc, negatywne emocje dla zwierząt są być może bardziej przydatne niż pozytywne. Niepokój i strach pozwolą uniknąć śmiertelnego niebezpieczeństwa z większym prawdopodobieństwem, radością z pijanej słodkiej kropli – nie. Niemniej jednak w życiu bezkręgowców jest miejsce pozytywne. Został odkryty przez amerykańskich biologów badających nagrania wideo dotyczące zachowania kolonii laboratoryjnej czerwonych ognistych mrówek. Solenopsis invicta (Journal of Bioeconomics, 2016, 18, 159-167). Okazało się, że mrówki podnoszą i obniżają brzuch o 45 °, kiedy piją słodką wodę lub opiekują się larwami (ryc. 6). Brzuszne dreszcze wyraźnie nie ostrzegają o niebezpieczeństwie, ponieważ w tym czasie jest ono ciemne i ciche w gnieździe.inne mrówki nie reagują na takie zachowanie, trucizna nie emituje. Komunikacja, te ruchy również nie przypominają. Naukowcy zasugerowali, że drżenie brzucha jest podobne do manifestacji przyjemności u kręgowców: psy, węsząc szczenięta, machają ogonami i ludźmi, biorą dziecko w ramiona, ciągną je do siebie i potrząsają nim. Oczywiście ta hipoteza wymaga potwierdzenia.

Ryc. 6 Różne rodzaje zachowań czerwonych ognistych mrówek. Manifestacji przyjemności bez niczego nie można pomylić

Nawiasem mówiąc, małe dzieci, po wypiciu słodkiej wody, płaczą mniej i ciszej, kiedy biorą krew z palca. Pozytywna emocja pomaga przetrwać negatywne. Bezkręgowce, jak się wydaje, dzieje się to samo. Trzmiel jest czasami atakowany przez kraba. Nie tka sieci, ale siada w zasadzce na kwiecie, czekając na zdobycz (ryc. Na początku artykułu). Na szczęście trzmielom często udaje się uciec. Londyńscy badacze naśladowali atak pająków, krótko naciskając na trzmiel z gąbką, gdy zmierzał do probówki z syropem. Owady, które poprzednio otrzymały kroplę sacharozy, odczuły mniejszy wstrząs od tego ataku i wznowiły karmienie szybciej niż kontrolne trzmiele.

Trzy biogenne aminy

Emocje, zmieniające stan mózgu, wpływają na aktywność współczulnego i przywspółczulnego układu nerwowego. W rezultacie u ludzi i kręgowców zmienia się przewodność i temperatura skóry, częstość akcji serca, ciśnienie, aktywność neuroendokrynna i niektóre inne wskaźniki. Te zmiany można zmierzyć. Należy pamiętać, że różne emocje na poziomie fizjologicznym mogą objawiać się w podobny sposób: na przykład lęk i przyjemność powodują bicie serca. Aby scharakteryzować podstawowe emocje, takie jak gniew lub strach, użyj kombinacji znaków, z których większość jest bardzo trudna lub niemożliwa do zastosowania na bezkręgowcach. Owady są małe, ich osłony są twarde, a układ krążenia nie jest zamknięty, więc częstość akcji serca przerażonej Drosophila lub pszczoły nie zwiększa się. Jednak u niektórych skorupiaków i mięczaków doświadczenie wpływa na częstość akcji serca i częstość oddechów. Niedawno naukowcy zatrzymali serce dużego ślimaka stawowego. Te słodkowodne mięczaki nie lubią soli i chowają się w zlewie. Uczył Prudovikovże chlorek potasu pojawia się w ich akwarium razem z sacharozą, aw jej obecności zachowują się tak, jakby były solone wodą: przestać jeść, a ich serca tęsknić za rytmem, jak przestraszone kręgowce.

Neurochemia bezkręgowców i kręgowców jest podobna. U ludzi emocje i spowodowane przez nie zmiany fizjologiczne są regulowane przez aminy biogenne: serotoninę, dopaminę i noradrenalinę. Są to neuroprzekaźniki – substancje, dzięki którym sygnał elektrochemiczny jest przekazywany z neuronu do innych komórek. Są wytwarzane w pewnych obszarach mózgu, ale wpływają na wszystkie części układu nerwowego. Związek pomiędzy neuroprzekaźnikami i emocjami jest złożony, ale poziom wszystkich trzech amin można wykorzystać do zdiagnozowania podstawowych emocji. Ze względu na wpływ amin biogennych możliwa jest terapia lekowa zaburzeń emocjonalnych. Ssaki reagują na pewne leki w taki sam sposób jak ludzie, dlatego ich emocje są kontrolowane przez te same systemy mózgowe.

Bezkręgowce syntetyzują również serotoninę i dopaminę, a noradrenalinę zastępuje się jej chemicznym analogiem oktopaminy. W hemolimfie pszczół zebranych po silnym wstrząśnięciu zmniejsza się zawartość wszystkich trzech amin. U ludzi podobny schemat obserwuje się w przypadku depresji.Ponadto, ludzie mają niedobór serotoniny zmienia percepcję, i zwrócić większą uwagę na negatywne bodźce, jak pszczoły poruszą się.

Niepokojące zachowanie raka jest spowodowane podwyższonym poziomem serotoniny. Jeśli aminy wprowadza się hemolimfie zwierzęcia bez doświadczania stresu, będzie unikać jasnych obszarów labiryntu, jakby został pobity przed tym prądem. Rakov którzy czują niepokój z powodu własnej niewydolności społecznej, może ośmielić anty-lęk narkotyków chlordiazepoxide lub antagonistą receptorów metysergid serotoniny. Serotonina określa również lęk przed muchami. U ludzi, ale również wpływa na niepokój, choć jej działanie jest nieco bardziej skomplikowana, jest to związane z różnymi rodzajami receptorów i działa w połączeniu z dopaminą.

Czy trzmiele lek, który hamuje aktywność receptorów dopaminowych, neutralizuje działanie sacharozy i oceny nowych bodźców, a podczas ataku pająka. U ludzi, pozytywne emocje również częściowo zależne od dopaminy, jak trzmiele i optymizmu. Ten neuroprzekaźnik może zmniejszyć negatywny wpływ nieprzyjemnych informacji.

Choć aminy biogenne wpływać na emocje ludzi i zwierząt, jest mało prawdopodobne, to zawsze było.Naukowcy uważają, że związki te spełniają inne funkcje, takie jak regulowanie reakcji motorycznej na bodziec, a dopiero później, podczas ewolucji, zostały użyte do wyrażania emocji.

U ludzi wiele obszarów mózgu zaangażowanych jest w regulację emocji, w tym w systemy podkorowe. Istnieje wiele dowodów na to, że sekcje te są podobne do mózgu owadów. A on, pomimo swojej prostoty i małości, potrafi rozwiązywać raczej złożone zadania, zdobywać subiektywne doświadczenia i utrzymywać stany emocjonalne.

Oczywiście, różnica w strukturze układu nerwowego kręgowców i bezkręgowców jest duża i powinna wpływać na sposoby ekspresji i regulacji emocji. Nie ma pewności, że reakcje obserwowane u bezkręgowców są podobne do ludzkich emocji. Jednak wyniki przeprowadzonych eksperymentów pozwalają nam mieć nadzieję, że bezkręgowce będą mogły służyć jako modele farmakologicznych, neurologicznych i być może genetycznych badań zaburzeń emocjonalnych, których nie można przeprowadzać u ludzi. Ponadto im prostszy model, tym wygodniejszy jest ten model. Owady i mięczaki, z niewielkimi i dużymi komórkami nerwowymi,już służyli neuronaukowcom do badania sieci neuronowych i neuroprzekaźników, mapowania funkcji poszczególnych neuronów. Być może będą w stanie badać emocje na poziomie komórkowym.

Aby leczyć zaburzenia emocjonalne, musisz zbadać mechanizm ich występowania. I w tym przypadku nie obejść się bez badań ewolucyjnych. Badanie niektórych emocji u konkretnego gatunku zwierzęcia tu nie pomaga, konieczne jest śledzenie, w jaki sposób się urodziły i skomplikowane w procesie selekcji i jakie są ich podstawy neurobiologiczne.

Ważne jest, aby badać emocje, ponieważ jest to manifestacja świadomości. A jeśli nie zrozumiemy tego pytania, nie będziemy w stanie poprawnie współdziałać z licznymi otaczającymi nas bezkręgowcami.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: