Принцип осьминога
"Осьминоги - очень умные существа; вероятно, более умные, чем представители какого-либо другого отряда беспозвоночных. Конкретные пределы их сообразительности и способности к обучению являются предметом активных споров среди биологов, но эксперименты с лабиринтами и задачами на сообразительность свидетельствуют о наличии [у осьминогов] системы запоминания информации, которая может хранить как долгосрочную, так и краткосрочную память. Точно неизвестно, какую роль в поведении взрослого осьминога играет обучение. Юные осьминоги практически ничему не учатся у своих родителей [так как осьминоги умирают вскоре после размножения].
Осьминог обладает крайне сложной нервной системой, лишь часть которой может быть локализирована в его мозгу. Две трети нейронов осьминога сосредоточены в нервных узлах его щупалец, которые обладают ограниченной функциональной автономией. Щупальца осьминога демонстрируют широкий спектр сложных рефлекторных реакций, которые сохраняются даже в отсутствии сигналов от мозга. В отличии от позвоночных, сложные двигательные навыки осьминога не управляются его мозгом на основе внутренней соматотопической карты организма; вместо этого осьминог использует несоматотпоическую схему, уникальную для беспозвоночных с крупным мозгом. Несмотря на подобное делегирование полномочий, щупальца осьминога не спутываются и не хватаются друг за друга, так как на присосках у осьминога присутствуют химические рецепторы, которые распознают кожу осьминога и не присасываются к ней. Некоторые осьминоги, подобно осьминогу-подражателю, за счёт своих щупалец способны имитировать форму и манеру движения других морских животных" (Wikipedia).
"Удивительной особенностью этих морских обитателей является то, что их мозг практически не управляет щупальцами. У человека координация движений довольно жёстко связана с набором моторных и сенсорных систем, сообщающихся с мозгом. "Это работает потому, что у нас есть скелет, который ограничивает возможности в движении, - поясняет Хонэр. - Но конечности осьминога имеют огромное число степеней свободы и мозговой контроль в его случае очень сложно себе представить, если и вовсе возможно".
На самом деле каждое щупальце осьминога имеет свой собственный двигательный "контроллер", представляющий собой набор нейронов. Управление отдельной конечностью осуществляется независимо от остального тела".
"Хотя осьминоги и считаются одними из самых умных животных, учёные всё равно до сих пор не могут взять в толк, как эти моллюски ухитряются управляться аж с восемью конечностями. Всё-таки для восьми ног их нервная система недостаточно сложна. Было даже сделано предположение, что каждое щупальце у осьминогов снабжено автономной нервной системой и они довольно независимы от приказов мозга.
Но как в таком случае конечностям осьминогов удаётся совершать целенаправленные перемещения - без координации из центра? На этот вопрос попытался ответить Гай Леви (Guy Levy) из Еврейского университета в Иерусалиме (Израиль), наблюдавший вместе с коллегами за тем, как двигаются обыкновенные осьминоги.
Девять взрослых моллюсков жили в специально оборудованных аквариумах с системой зеркал и видеокамер, позволявших проследить траекторию каждой присоски. Выяснилось, что осьминоги при перемещении не используют ритмического чередования конечностей, как это делают все прочие животные: каждое их щупальце движется независимо от прочих, и нет никакой закономерности между длиной «руки», её скоростью и ускорением.
Исследователи сделали вывод, что мозг осьминога формулирует общую задачу, задаёт направление движения, цель. Детали же исполнения ложатся на щупальца, которые вольны делать что угодно, лишь бы цель была достигнута. Надо сказать, осьминожьи «руки» не обделены нейронами: из 500 млн, которыми располагает осьминог, в его «руках» сосредоточено почти две трети, так что им есть чем «думать».
В результате можно наблюдать, как в процессе движения меняется ориентация тела осьминога, а его щупальца при этом вообще движутся под самыми разными углами и в самых разных направлениях. При этом общее направление перемещения не меняется. Щупальца сокращаются подобно червям, и весь комплекс таких сокращений обеспечивает осьминогу целенаправленное движение. Моллюск, таким образом, полагается на три особенности: червеобразное движение щупальцев, большую степень свободы каждого из них и отсутствие жёсткого контроля со стороны головного мозга".
"Управлением военно-морских исследований ВМС США, показали, что каждое щупальце обладает независимой периферической нервной системой, которая позволяет осьминогу не запутаться в собственных конечностях. В итоге это выглядит следующим образом. Мозг дает команду: "Рука номер четыре, схватить этого вкусного краба, ползущего мимо". После этого рука выполняет приказ, причем мозгу не приходится контролировать этот процесс".
"Поскольку хромосом у осьминогов тоже примерно в два раза больше, чем у остальных беспозвоночных, то сначала решили было, что у головоногих в ходе эволюции произошло удвоение генома - обычная процедура, позволяющая присваивать копиям старых генов новые функции и тем самым осваивать новые экологические ниши, развиваться и т. д. Но оказалось, что у осьминогов умножились не все гены, а лишь те, которые принадлежат к двум определённым семействам: протокадгеринов и транскрипционных факторов со структурным мотивом цинкового пальца.
Протокадгерины играют важную роль в развитии нейронов и межклеточных взаимодействий между нейронами: они нужны как для поддержания механического контакта, так и для передачи сигналов между клетками. Таких генов у осьминогов оказалось более полутора сотен, что почти в два раза больше, чем у млекопитающих. Очевидно, что благодаря увеличенному набору протокадгеринов осьминоги получили возможность умножить и число нервных клеток - их у них полмиллиарда, что в несколько раз превосходит общее число нейронов у мыши. Причём большая часть нервных клеток осьминога собрано в щупальцах, где они формируют нечто вроде модулей управления.
Считается, что это стало обходным манёвром ввиду отсутствия у осьминогов миелина - вещества, окутывающего нервные волокна, благодаря чему сигнал проводится намного эффективнее. Если бы щупальца полагались только на мозговые команды, координация движения занимала бы много сил и времени: импульс из конечности сначала бы долго шёл по немиелинизированным нервам в мозг, а потом обратно. Поэтому в щупальцах и появились скопления нервных клеток, пользующиеся определённой автономией; и лишние протокадгерины как раз и должны были помочь организовать центры управления в осьминожьих конечностях".
Осьминог обладает крайне сложной нервной системой, лишь часть которой может быть локализирована в его мозгу. Две трети нейронов осьминога сосредоточены в нервных узлах его щупалец, которые обладают ограниченной функциональной автономией. Щупальца осьминога демонстрируют широкий спектр сложных рефлекторных реакций, которые сохраняются даже в отсутствии сигналов от мозга. В отличии от позвоночных, сложные двигательные навыки осьминога не управляются его мозгом на основе внутренней соматотопической карты организма; вместо этого осьминог использует несоматотпоическую схему, уникальную для беспозвоночных с крупным мозгом. Несмотря на подобное делегирование полномочий, щупальца осьминога не спутываются и не хватаются друг за друга, так как на присосках у осьминога присутствуют химические рецепторы, которые распознают кожу осьминога и не присасываются к ней. Некоторые осьминоги, подобно осьминогу-подражателю, за счёт своих щупалец способны имитировать форму и манеру движения других морских животных" (Wikipedia).
"Удивительной особенностью этих морских обитателей является то, что их мозг практически не управляет щупальцами. У человека координация движений довольно жёстко связана с набором моторных и сенсорных систем, сообщающихся с мозгом. "Это работает потому, что у нас есть скелет, который ограничивает возможности в движении, - поясняет Хонэр. - Но конечности осьминога имеют огромное число степеней свободы и мозговой контроль в его случае очень сложно себе представить, если и вовсе возможно".
На самом деле каждое щупальце осьминога имеет свой собственный двигательный "контроллер", представляющий собой набор нейронов. Управление отдельной конечностью осуществляется независимо от остального тела".
"Хотя осьминоги и считаются одними из самых умных животных, учёные всё равно до сих пор не могут взять в толк, как эти моллюски ухитряются управляться аж с восемью конечностями. Всё-таки для восьми ног их нервная система недостаточно сложна. Было даже сделано предположение, что каждое щупальце у осьминогов снабжено автономной нервной системой и они довольно независимы от приказов мозга.
Но как в таком случае конечностям осьминогов удаётся совершать целенаправленные перемещения - без координации из центра? На этот вопрос попытался ответить Гай Леви (Guy Levy) из Еврейского университета в Иерусалиме (Израиль), наблюдавший вместе с коллегами за тем, как двигаются обыкновенные осьминоги.
Девять взрослых моллюсков жили в специально оборудованных аквариумах с системой зеркал и видеокамер, позволявших проследить траекторию каждой присоски. Выяснилось, что осьминоги при перемещении не используют ритмического чередования конечностей, как это делают все прочие животные: каждое их щупальце движется независимо от прочих, и нет никакой закономерности между длиной «руки», её скоростью и ускорением.
Исследователи сделали вывод, что мозг осьминога формулирует общую задачу, задаёт направление движения, цель. Детали же исполнения ложатся на щупальца, которые вольны делать что угодно, лишь бы цель была достигнута. Надо сказать, осьминожьи «руки» не обделены нейронами: из 500 млн, которыми располагает осьминог, в его «руках» сосредоточено почти две трети, так что им есть чем «думать».
В результате можно наблюдать, как в процессе движения меняется ориентация тела осьминога, а его щупальца при этом вообще движутся под самыми разными углами и в самых разных направлениях. При этом общее направление перемещения не меняется. Щупальца сокращаются подобно червям, и весь комплекс таких сокращений обеспечивает осьминогу целенаправленное движение. Моллюск, таким образом, полагается на три особенности: червеобразное движение щупальцев, большую степень свободы каждого из них и отсутствие жёсткого контроля со стороны головного мозга".
"Управлением военно-морских исследований ВМС США, показали, что каждое щупальце обладает независимой периферической нервной системой, которая позволяет осьминогу не запутаться в собственных конечностях. В итоге это выглядит следующим образом. Мозг дает команду: "Рука номер четыре, схватить этого вкусного краба, ползущего мимо". После этого рука выполняет приказ, причем мозгу не приходится контролировать этот процесс".
"Поскольку хромосом у осьминогов тоже примерно в два раза больше, чем у остальных беспозвоночных, то сначала решили было, что у головоногих в ходе эволюции произошло удвоение генома - обычная процедура, позволяющая присваивать копиям старых генов новые функции и тем самым осваивать новые экологические ниши, развиваться и т. д. Но оказалось, что у осьминогов умножились не все гены, а лишь те, которые принадлежат к двум определённым семействам: протокадгеринов и транскрипционных факторов со структурным мотивом цинкового пальца.
Протокадгерины играют важную роль в развитии нейронов и межклеточных взаимодействий между нейронами: они нужны как для поддержания механического контакта, так и для передачи сигналов между клетками. Таких генов у осьминогов оказалось более полутора сотен, что почти в два раза больше, чем у млекопитающих. Очевидно, что благодаря увеличенному набору протокадгеринов осьминоги получили возможность умножить и число нервных клеток - их у них полмиллиарда, что в несколько раз превосходит общее число нейронов у мыши. Причём большая часть нервных клеток осьминога собрано в щупальцах, где они формируют нечто вроде модулей управления.
Считается, что это стало обходным манёвром ввиду отсутствия у осьминогов миелина - вещества, окутывающего нервные волокна, благодаря чему сигнал проводится намного эффективнее. Если бы щупальца полагались только на мозговые команды, координация движения занимала бы много сил и времени: импульс из конечности сначала бы долго шёл по немиелинизированным нервам в мозг, а потом обратно. Поэтому в щупальцах и появились скопления нервных клеток, пользующиеся определённой автономией; и лишние протокадгерины как раз и должны были помочь организовать центры управления в осьминожьих конечностях".