Спать, чувствовать и осознавать. На что способен мозг мухи?

В своей книге «Супермухи. Удивительные истории из жизни самых успешных в мире насекомых» британский биолог Джонатан Бэлкомб объясняет, насколько важную роль двукрылые играют в экосистеме, как они достигли эволюционного успеха. Автор говорит, что мир мух удивителен и многогранен: они — незаслуженно забытые опылители, трудолюбивые экологи, ответственные за удаление мусора, а также главные помощники криминалистов. С разрешения издательства «Ведомости.Город» публикует отрывок о том, доступны ли мухам мыслительные процессы? 

Большая часть исследований организации жизни мух касалась плодовых мушек. И совсем не потому, что плодовые мушки особенно смышлены, просто это самые изученные животные на Земле. Преимущества плодовых мушек в том, что их легко и дешево разводить и содержать в неволе, а также в том, что они живут всего две недели и, следовательно, их удобно использовать в генетических исследованиях, в чем мы убедимся в девятой главе. Еще раз скажу, что следует быть осторожным, предполагая, что умственные достижения одного вида мух характерны для других. Однако способности плодовых мушек, тем не менее, указывают на то, что другим мухам тоже свойственно.

Мозг человека и мозг мухи сильно различаются по размеру: 100 млрд нейронов по сравнению с 135 000 у плодовой мушки, при этом существуют и некоторые организационные сходства. Например, мозг мухи, как и наш, в значительной степени разделен по средней линии, а молекулы и процессы, управляющие мозгом мухи и человека, похожи. Как и у людей, возбуждение ЦНС у мух контролируют дофамин и серотонин. Как и у нас, мозг мухи отвечает за пространственное представление, что крайне важно для летающего животного. У плодовой мушки эту способность определяет область мозга, называемая центральным телом, функциональный эквивалент которого в мозге млекопитающих — верхнее двухолмие.

Мы уже убедились, что плодовые мушки — находчивые существа, справляющиеся с решением сложных задач, даже когда надо выбраться из ловушки через крошечное отверстие в пленке. На что еще способен их мозг? Плодовых мушек можно легко обучить связывать запах с электрическим током: они демонстрируют краткосрочную, среднесрочную и долгосрочную память подобного опыта, когда позже их тестируют на восприятие неприятного или другого запаха в сочетании с отсутствием удара током. Эти воспоминания сохраняются и после того, как муха просыпается от общей анестезии, и когда новые нервные клетки заменяют старые. Кроме того, плодовые мушки умеют концентрировать внимание, демонстрируя ожидание повторяющегося визуального стимула (черный символ, нарисованный на внутренней стороне вращающегося барабана, внутри которого летает привязанная муха), снижение интереса, когда стимул монотонно повторяется, и возобновление внимания, когда он меняется (например, первоначальный символ заменяется новым). Другой признак внимания — склонность мух подавлять и игнорировать конкурирующие стимулы; муха с меньшей вероятностью заметит, скажем, другую муху поблизости, пока она зациклена на новом символе в барабане.

А еще мухи спят. Когда ученые из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе однажды утром заглянули в свою колонию плодовых мух в лаборатории, им показалось, что все насекомые погибли. Но, когда исследователи постучали по стеклу, мухи постепенно проснулись. Они просто спали. Биолог-эволюционист Бруно ван Свиндерен из Университета Квинсленда записал мозговую активность плодовых мушек и их реакцию на механические раздражители и обнаружил, что, как и у нас с вами, у мух существуют более легкие и глубокие стадии сна. Их потребность во сне возрастает, если они мало спят; если мозг мух перегружен в течение дня тем, что их обучают, ночью им требуется более глубокий сон.

Бодрствующие мушки демонстрируют способность принимать рациональные решения. Наблюдая за спариваниями 2700 плодовых мух, исследователи из Университета Британской Колумбии обнаружили, что самцы очень умело выбирали самок, способных произвести наибольшее количество потомства. Причем они умудрялись выбрать из десяти потенциальных самок. Анализ большого набора данных показывает, что мухи используют транзитивную рациональность; то есть если A больше, чем B, а B больше, чем C, они знают, что A больше, чем C.

Мозг проявляет повышенную нервную активность, когда животное каким-то образом занято. Если мухи обладают сознанием, увидим ли мы эту активность мозга? Чтобы изучить это, исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего провели операцию на голове самцов плодовых мушек. Они под анестезией удалили крошечный кусочек верхней части панциря мухи и приклеили крошечную прозрачную панель. Затем, дав мушкам день на восстановление, ученые привязали их к тонким ниточкам и с помощью лазера и установки с тремя камерами, вращающейся вместе с мухами, смогли отследить электрическую активность мозга во время ухаживания. В то время как привязанные мушки не стали (не смогли бы?) ухаживать за самками, непривязанные это делали. Мозг первых оставался почти полностью темным, в то время как мозг вторых светился красным, желтым, синим и белым. Это исследование не позволяет нам достоверно понять, что именно испытывает муха, но оно показывает, что активный мозг мухи работает скоординированно. На мой взгляд, это скорее похоже на сознание.

Я совсем не хочу сказать, что ухаживания и выбор свойственны только самцам плодовых мушек. Другое исследование выбора партнера продемонстрировало способность обучения у самок посредством наблюдения. Когда самки мух наблюдали за искусственно окрашенными самцами, пытающимися спариться с другой самкой, они выбирали самцов в соответствии с их успехами или неудачами. Например, если зеленый самец успешно спарился с самкой, а розовый не смог (исследователи знали, что он невосприимчив), то, когда позже наблюдающей самке представили зеленого и розового самца, она в качестве партнера выбрала зеленого. Когда цвета поменяли, самка отдала предпочтение розовому. Самки, не наблюдавшие непосредственно за результатами спаривания окрашенных самцов, не проявляли такой дискриминации. В другом эксперименте самки поддались влиянию других самок из колонии, выбрав самцов в плохом физическом состоянии вместо более здоровых собратьев, поскольку увидели, что самки, показанные им в качестве образца, выбирали именно таких. Такие результаты говорят о том, что на плодовых мушек в большей степени влияют социальные факторы, чем собственные суждения. Подобное «копирование выбора партнера», при котором воспринимаемая привлекательность партнеров зависит от мнения других, широко распространено в животном мире, в том числе и у женщин. «Я возьму то же, что и она!»

Часто по уважительной причине ученые склонны избегать антропоморфизма, или приписывания человеческих качеств животным. Тем не менее американский этолог Дональд Гриффин (1915–2003) в книгах о жизни животных пишет принципиально новые вещи, призывая нас проявлять осторожность при проведении антропоцентрических сравнений между людьми и насекомыми. «Откуда мы можем знать о необходимом размере [мозга] для сознательного мышления?» — спрашивает Гриффин в книге «Вопрос о сознании животных» (The Question of Animal Awareness), опубликованной в 1981 году. Нейронов у мухи может быть ничтожно мало по сравнению с человеческим мозгом, но 100 000 или более – все-таки довольно большое количество, есть с чем работать. При этом 100 000 нейронов имеют гораздо больше потенциальных связей друг с другом, чем есть песчинок на Земле. Мы уже убедились, что животные способны делать поистине удивительные вещи. Более того, даже если у насекомых и позвоночных нет общего мыслящего предка, такой полезный атрибут, как сознание, может эволюционировать более одного раза. Если это возможно для осьминога, то чем насекомые хуже?