Мозг дельфина фото: Фото: Мозг дельфинов

Зачем китам большой мозг | Наука и жизнь

• НАУКА И ЖИЗНЬ/
• Новости науки и техники/
• Новости

Мозг китов и дельфинов увеличился не ради интеллекта, а ради тепла.

Мозг китов и дельфинов – один из самых больших среди зверей. Большой мозг ассоциируется в первую очередь с развитым интеллектом. Поведение китов и дельфинов как будто не даёт повода усомниться в их умственных способностях: у них сложная социальная жизнь и сложная система звуковых сигналов для общения друг с другом, для добывания пищи они используют довольно хитроумные уловки, они учатся друг у друга и т. д.

(Фото: kjorgen / Depositphotos) 

Открыть в полном размере

‹

›

Однако, как пишут в Scientific Reports сотрудники Университета Витватерсранда, мозг китов и дельфинов стал большим не только и не столько из-за того, что им понадобилось стать умными. Для мозга крайне важно поддерживать постоянную температуру, может, даже важнее, чем для других органов. Но киты и дельфины живут в воде, а в воде млекопитающие теряют тепло в 90 раз быстрее, чем на воздухе. Даже совсем небольшое охлаждение ухудшает работу нейронов и снижает когнитивные способности. Если ты живёшь в воде, задача не дать мозгу остыть становится особенно острой.

У зверей вообще в мозге вообще есть отдельная топка, которая не зависит от систем терморегуляции остального организма. Механизм обогрева мозга связан с обычными метаболическими реакциями, с помощью которых клетки добывают энергию, окисляя питательные вещества. В обычном случае энергия из питательных веществ преобразовывается в энергию молекул аденозинтрифосфата, или АТФ. В форме АТФ энергия легко запасается и легко расходуется.

Но ту же энергию, которая образуется при сжигании питательных веществ, можно направить не в АТФ, а рассеять в тепло. Для этого существуют специальные белки, которые разрывают цепь метаболических реакций, не давая синтезироваться АТФ. Если заглянуть в мозг бегемоту, то мы увидим, что 35% нейронов снабжены такими белками. А вот в мозге китов и дельфинов подобные «тепловые» белки есть у 90% нейронов. Кроме того, работа обогревательных белков в нейронах зависит от нейромедиатора норадреналина. У китообразных на 30% выше плотность в мозге нервных окончаний с норадреналином, которые непосредственно управляют концентрацией и активностью «тепловых» белков.

Наконец, кроме нейронов, в мозге есть так называемые глиальные клетки. Они помогают нейронам работать, поддерживают их и питают, регулируют проведение импульсов и очищают нервную ткань от молекулярного мусора и инфекций. У китов и дельфинов в 30–70% глиальных клеток тоже есть белки, которые рассеивают метаболическую энергию в тепло. А вот у остальных зверей таких белков в клетках глии нет, и эти клетки вообще не играют роли в обогреве мозга.

Китообразные получили большой мозг около 32 млн лет назад, спустя много миллионов лет поле того, как они окончательно переселились в воду. И именно в то время, когда их мозг резко увеличился, температура морей и океанов на Земле заметно упала. Крупный мозг в принципе теряет меньше тепла, чем маленький, просто в силу законов физики. Если же он к тому же нашпигован обогревательными элементами, как у китов, то переохлаждения можно не бояться. Всё это подтверждает гипотезу, что мозг китов и дельфинов стал таким большим в первую очередь для того, чтобы не остывать, а не для того, чтобы быть умными. Впрочем, раз мозг всё равно увеличился, то почему бы и не поумнеть?

14 марта 2021

Автор: Кирилл Стасевич

Статьи по теме:

• Почему киты стали большими
• Галантные дельфины
• Мозговой оптимум
• Размер мозга не имеет большого значения
• Мозг и климат
• Мозги большие и малые

#мозг
#эволюция
#термогенез
#киты и дельфины
#морские животные

Читайте
в номере

Купить бумажный журнал

Подписаться

Купить PDF

Журнал добавлен в корзину.
Оформить заказ

Факт дня

У тигров в зоопарках череп становится шире

Читать подробнее

Грани.Ру: Эволюцию мозга дельфинов сравнили с человеческой

За последние 47 миллионов лет мозг у дельфинов развился до невиданных для других животных размеров. Новое, самое обширное исследование ископаемых останков этих морских жителей поставило своей целью описать динамику соответствующего эволюционного развития. Косвенным образом это может помочь найти ответ на вопрос, как сами люди стали настолько «мозговитыми».

Как известно, дельфины способны на многие «интеллектуальные подвиги», недоступные другим животным. Так, они способны узнавать себя в зеркале, подобно человеку и некоторым высшим приматам. Разумеется, все это связывают с поистине гигантскими размерами мозга дельфинов. Так, у некоторых разновидностей дельфиньего племени отношение массы мозга к общей массе тела можно сравнить только с человеческими. Но какими темпами происходило развитие мозга дельфинов, до сих пор оставалось тайной.

Теперь трое исследователей во главе с американским биологом Лори Марино (Lori Marino) из Университета Эмори (Emory University) в Атланте (штат Джорджия) отследили эволюционные изменения мозга дельфинов, пользуясь ископаемыми останками. После четырех лет работы среди музейных коллекций эта группа ученых выявила 66 ископаемых черепов предков дельфинов, которые добавились к тем пяти, что были изучены раньше. Размеры мозга у этих экземпляров вычислялись с использованием методов компьютерной томографии (computed tomography — CT), а оценки массы тел животных были получены путем анализа размеров костей у основания черепов.

Были изучены ископаемые черепа древностью до 47 миллионов лет. Их сравнили с 144 современными экземплярами, в результате чего вычислялся так называемый EQ (encephalisation quotient — «коэффициент мозговитости») каждого такого существа. Этот коэффициент связывает массу мозга конкретного экземпляра со средним значением того или иного вида животных подобных размеров, и при этом если EQ оказывается меньше единицы, то это означает, что мы имеем дело с «недоразвитым» существом, ну а если EQ > 1, то мозг считается относительно большим. Люди в этом смысле «мозговитее» всех остальных животных, у них коэффициент EQ примерно равен 7.

Остаточные элементы в скелетах дельфинов подтверждают, что они произошли от каких-то наземных четвероногих млекопитающих. Анализы крови позволили предположить, что китообразные, к которым относятся дельфины, и копытные — родственники. Когда-то они вернулись с суши в водную стихию (возможно, это было связано с какой-то глобальной катастрофой), со временем утратив задние конечности и приобретя плавники. Приблизительно 35 миллионов лет назад эти ластоногие животные были размерами как небольшие киты — приблизительно 9 метров в длину, имели острые зубы и EQ около 0,5. И вот с этого момента происходит некая загадочная перемена — старые разновидности непонятным образом вымирают, заменяемые новой группой, которую именуют Odontoceti (подотряд зубатых китов), и которая включает в себя современных дельфинов, белуг, нарвалов и морских свиней (морская свинья — один из видов дельфинов; только в нашей фауне насчитывается около 20 разных видов дельфинов).

Новое исследование показывает, что все эти существа были гораздо меньших размеров, чем прежде, имели более мелкие зубы, но зато у них кардинально увеличился размер мозга. Их EQ подскочил до 2,5 — явление, которое Марино связывает с развитием навыков эхолокации, то есть использования звуковых волн для определения местонахождения объектов под водой.

Исследование также показывает, что приблизительно восемь из 67 разновидностей Odontoceti (включая дельфинов) прошли через второй этап повышения EQ приблизительно 15 миллионов лет назад, достигнув коэффициентов 4 и 5, хотя причины этого второго эволюционного скачка остаются совершенно невыясненными (есть только один подобный случай «взрывного» развития «умственных способностей» среди крупных животных, известный на сегодняшний момент ученым: за пять миллионов лет человеческой истории EQ вырос от приблизительно 2,5 до 7). При этом «умственные способности» оставшейся части «дельфиньего племени» почему-то наоборот снизились.

«Существует миф, согласно которому развитие жизненных форм всегда сопровождается увеличением размера мозга, — говорит Марино. — Однако с точки зрения животного метаболизма (обмена веществ) умственные способности обходятся очень дорого, и поэтому по логике эволюционного развития нужно иметь какие-то чрезвычайно веские причины для того, чтобы «завести» себе большой мозг». Она добавляет, что, согласно другому научному мифу, в одно и то же время и в одном и том же месте может развиться только один вид существа с крупным мозгом. Однако новая работа показывает, что в течение 15 миллионов лет множество различных разновидностей дельфинов и китов благополучно сосуществовали в океане вместе.

Контакт между людьми и дельфинами — это один из излюбленных сюжетов научной фантастики. Причем разумность дельфинов (до поры до времени не доступная нашему пониманию) в литературе стала настолько расхожим местом, что, по мнению ряда американских авторов (Лэрри Найвен, Дэвид Брин и др. ), дельфины в будущем смогут вместе с людьми даже осваивать и заселять Галактику.

Источник:
Dolphins’ big brains evolved in spurts — New Scientist

Ссылки:
The Navigable Atlas of the Dolphin Brain — Michigan State University
Человек и дельфин — Дж.Лилли
Дельфины — В.Авдеенко
Взгляд дельфина — Никита Максимов

06.09.2004
Предки человека встали на ноги шесть миллионов лет назад →

02.09.2004
Миф об акселерации опровергнут →

10.06.2004
Впервые найдено яйцо птерозавра с птерозавренышем →

21.05.2004
В США найдена новая разновидность динозавров →

16.03.2004
Суд отказался запретить продавать во Франции «В поисках Немо» →

18.02.2004
Доисторические испражнения позволят разрешить загадки древних людей →

25.11.2003
В Антарктике нашли остатки астероида, погубившего животных 250 млн лет назад →

04.11.2003
Бельгиец спас любимого карпа, сделав дыхание «рот в рот» →

27. 10.2003
Жизнь все-таки сотворена из глины →

24.10.2003
За последние три года открыты 500 новых видов рыб →

24.10.2003
Рыбак поймал 300-килограммовую акулу голыми руками →

23.10.2003
Найдено самое древнее на Земле позвоночное →

16.10.2003
После 80-летнего перерыва открыт новый вид лягушек →

09.10.2003
Ученые объяснили, почему киты выбрасываются на берег →

02.10.2003
На Командорских островах отмечена массовая гибель горбуши →

23.09.2003
В Румынии нашли самые старые останки Homo Sapiens →

20.09.2003
В Марокко обнаружены останки самого древнего на Земле динозавра →

19.09.2003
В Англии нашли гигантскую рыбу →

23.07.2003
Ихтиозавры предпочитали черепаховый суп, но диета к добру не привела →

17.07.2003
В озере Лох-Несс нашли позвонки плезиозавра, который здесь не водился →

13.07.2003
Чтобы стать рыбьей королевой, клоуну приходится менять пол →

10.07.2003
Мозг выживших во время теракта людей уменьшается в объеме →

10. 07.2003
Выброшенный на берег морской монстр — не осьминог →

02.07.2003
На побережье Чили нашли невиданного монстра →

30.06.2003
Светящаяся рыбка — первая в череде «домашних Франкенштейнов» →

27.06.2003
Евросоюз спасает рыбу хек →

16.05.2003
Бургомистр Боденвердена заплатил калининградским рестораторам за пиво Мюнхгаузена и подарил цветы кашалоту →

10.05.2003
Биологи открыли новый вид медуз →

21.04.2003
Найден окаменевший японский кит, которому 700 тысяч лет →

03.04.2003
В Антарктике пойман колоссальный кальмар →

31.03.2003
В тухлой воде Еруслана гибнет рыба
→

26.02.2003
Осьминога научили открывать консервные банки →

21.02.2003
Челюсть гоминида из Танзании сделает генеалогическое древо человека менее развесистым →

19.02.2003
У берегов Сахалина нефтяники убивают серых китов
→

17.02.2003
Антропологи: Любовь человека к красоте — результат мутации →

13.02.2003
В Ирак направляется отряд ластоногих ВС США →

12. 02.2003
«Король динозавров» питался падалью →

31.01.2003
Предки людей никогда не ходили на четвереньках →

30.01.2003
На Крите найдены останки циклопов →

23.01.2003
Обнаружение четырехкрылого динозавра породило новые споры о происхождении птиц →

22.01.2003
Человек произошел не от обезьяны, а от муравьеда →

18.01.2003
Появилась новая теория, объясняющая, как динозавры научились летать →

16.01.2003
Гигантский кальмар напал на французских моряков →

31.12.2002
Впервые обнаружен полный скелет плезиозавра Liopleurodon ferox →

24.12.2002
Хит-парад Science-2002: малые РНК, нейтрино и таинственный череп →

20.12.2002
Биологам удалось вырастить клетки головного мозга из стволовых клеток костного мозга человека →

19.12.2002
Пентагон хочет превратить солдат в ласточек и дельфинов →

25.11.2002
Все собаки произошли от трех прародительниц →

17.10.2002
В Огайо не все произошли от обезьяны →

11.10.2002
Палеонтологи впервые получили в свое распоряжение полноценную мумию динозавра →

09. 10.2002
Генное средство от облысения заставит волосы светиться зеленым, желтым, синим или красным →

27.09.2002
Употребление экстази необратимо разрушает мозг →

19.09.2002
В мозгу найдена извилина, позволяющая душе покидать тело →

Расшифровка эхолокации дельфина — исследователи создают жуткое изображение ныряльщика, которое может появиться в мозгу дельфина используя данные, извлеченные из высокочастотных щелчков, которые издают дельфины, когда они выполняют эхолокацию. Если данные, использованные для создания изображения, окажутся надежными, они могут показать, что и как некоторые животные «видят» в темноте и под водой.

Speakdolphin.com — это частный проект, основанный руководителем исследовательской группы Джеком Кассевицем и его женой Донной Кассевиц. Проект некоторое время искал, как общаются дельфины.

Дельфины, как и морские свиньи, зубатые киты, летучие мыши и даже некоторые слепые люди, производят высокочастотные щелчки, которые позволяют им ориентироваться даже в самых мутных водах, интерпретируя эхо звуковых волн, отражающихся от объектов рядом с ними. Этот способ «видения» известен как эхолокация или биолокатор. Впервые ее подробно изучил Жак Кусто, но еще многое предстоит узнать о том, как работает эта сенсорная система.

Часть исследования SpeakDolphin включала в себя воздействие на дельфинов объектов, не встречающихся в природе, таких как кресты, цветочные горшки и т. д. По словам Кассевица, команда наблюдала, что дельфины, не подвергавшиеся экспериментам с эхолокацией, идентифицировали объекты по записанным звукам дельфинов с удивительно высоким уровнем. точности. Команда начала искать способы увидеть, что именно происходит в звуковых волнах эхолокационных сигналов.

Часть исследования SpeakDolphin заключалась в том, чтобы подвергать дельфинов воздействию предметов, не встречающихся в природе, таких как кресты 9.0002 Джек Кассевиц, Speakdolphin

Кассевиц связался с Джоном Стюартом Рейдом, английским соавтором прибора под названием CymaScope, который улавливает отпечатки звуковых колебаний на поверхности сверхчистой воды. Кассевиц начал записывать звуки, издаваемые дельфинами, которых он изучал, и отправлять их в Англию, чтобы Рид преобразовал их в изображения кимаскопа.

Когда большинство из нас думает о том, как представить звук визуально, мы обычно думаем о диаграммах синусоидальных волн, зависящих от громкости.

Но Cymascope основан на киматике, альтернативной теории того, как работает физика звука. Можно продемонстрировать простой пример киматики, когда поверхность покрыта тонким слоем частиц, пасты или жидкости. Когда поверхность вибрирует звуком, в растворе появляются различные узоры в зависимости от частот звука и других факторов, таких как геометрия поверхности.

В некоторых кругах изучение этого феномена известно как «развивающаяся наука». В других это отвергается как «псевдонаука».

Согласно веб-сайту Рейда, Cymatics предоставляет информацию о физике звука. На странице «Intro» говорится: «Если бы мы могли видеть звуки вокруг нас глазами, мы бы увидели мириады голографических пузырей, каждый с калейдоскопическим узором [на] поверхности».

Цимаскоп Рейда направляет звук на тонкую пленку воды, а камера записывает поперечные сечения вибрационных узоров.

«После десяти или около того изображений вернулись, одно вернулось с прямоугольными линиями», — сказал Кассевиц Gizmag. «Я позвонил Джону в Англию и сказал: «Джон, там все эти прямые и прямоугольные линии». Джон сказал: «Не может быть». Я посылаю ему эти волновые файлы вслепую, так что он не знает, что там. И что иронично, эти прямоугольные линии появились в то время, когда мы [записывали дельфина] эхолокацией на кубе».

Кассевиц сказал, что после этого команда решила провести дополнительные эксперименты, записав эхолокацию одного из своих животных на различных формах. N1 — куб, N2 — крест, N3 — цветочный горшок. N4 был резиновой уткой, N5 был человеком под водой, а N6 был человеческим лицом (все еще на рассмотрении). «Когда я отправил Джону файлы, я сказал, что на одном из них есть лицо, потому что на самом деле я пытался увидеть, как дельфин может видеть лицо под водой. Так мы получили изображение ныряльщика. Точное изображение ныряльщик под водой — это то, что Джон изобразил на Cymascope».

В марте 2015 года Кассевиц обратился в организацию, занимающуюся 3D-печатью, чтобы преобразовать данные 2D-изображения поперечного сечения в файл для 3D-печати. Затем файлы были распечатаны в полноцветном режиме с сохранением исходных характеристик изображения Cymascope.

3D-распечатки были созданы из изображений, сгенерированных cymascope

Jack Kassewitz, Speakdolphin

.

Кассевиц связался с несколькими учеными-консультантами, в том числе с экспертом по распознаванию речи доктором Джоном П. Крекером и известным нейробиологом доктором В. С. Рамачандраном, чтобы проанализировать результаты и внести предложения относительно следующих шагов.

Доктор Рамачандран сказал Гизмагу: «Если мне не изменяет память, я увидел последнюю фотографию и сказал Джеку, что мне нужно посмотреть, какой процесс использовался для ее создания. Затем он спросил, открыт ли я для новых идей, и я сказал я был. Я думаю, я добавил, что картина была интригующей, но используемый процесс должен быть рассмотрен и оценен людьми, имеющими опыт в этой области. Я не видел ни одной из процедур, используемых для создания изображения, хотя я уверен он с радостью показал бы ее мне. Должен добавить, что [Кассевиц] кажется совершенно искренним, и мне понравилось читать отрывки из его популярной книги».

Исследования мозга китообразных показывают, что слуховые нервы дельфинов напрямую связаны со зрительной корой. И исследования людей, которые слепы и используют щелчок как форму эхолокации, показывают, что зрительная кора, а также слуховая кора, кажется, светятся.

Кассевиц говорит, что результаты на первый взгляд очевидны, и он открыт для скептицизма. «Скептицизм — это то, чем занимается наука, — говорит он. «Но вот где я думаю, где в. Я думаю, мы знаем, как дельфины посылают звуки. Теперь мы знаем, что изображение возвращается. Теперь мы знаем, что биология внутри дельфина позволяет им интерпретировать изображение. реальный вопрос: «Может ли это быть переведено через улитковый путь?»

Кессевиц говорит, что команда пишет научную статью, которая будет представлена ​​в крупный журнал до 15 января 2016 года. После принятия она будет представлена ​​в Ла-Пасе, Мексика, на XXXIV Международном совещании по морской маммалогии.

Нельзя отрицать, что в киматике есть сильное ощущение нового века. Однако стоит отметить, что некоторые значительные научные прорывы были сделаны исследователями, занимавшимися псевдонаукой. Никола Тесла, например, внес свой вклад в современное электроснабжение, пытаясь изобрести вечный двигатель. Что бы ни случилось, будет интересно посмотреть, что произойдет, когда исследования Speakdolphin будут рассмотрены экспертами.

Джек Кассевиц обсуждает исследование в следующем видео.

What A Dolphin Saw – для широкой публики

Источник: Speakdolphin

Атлас мозга дельфинов Мичиганского государственного университета