Что у насекомых вместо мозга
Есть ли у мух и других насекомых мозг?
Мухи – насекомые, обитающие в непосредственной близости с человеком. Они проникают в жилища, селятся в хлеву и на огороде. Иногда действия насекомых выглядят обдуманными. Поэтому у многих людей возникает вопрос, есть ли у мух мозги или они действуют инстинктивно. Поговорим об этом в рамках статьи.
Анатомия насекомого
Общий план мухи такой же, как у большинства двукрылых насекомых. Они имеют:
Брюшко включает пищеварительную и половую систему. Это касается всех видов мушек. Грудь оснащена мускулатурой, которая необходима для полетов. У насекомого также имеется 3 пары ног.
Голова «оборудована» большими фасеточными глазами, хоботком и усиками. Что касается внутреннего строения, внутри черепной коробки расположен – мозг. Конечно, он не такой как у человека и млекопитающих.
Строение мозга
Думая о мозге, у многих перед глазами всплывает картинка с округлым веществом, имеющим извилины. С мухой дела обстоят иначе. Мозг двукрылого состоит из 3 отделов, а именно:
Несмотря на достаточно простое строение, мозг отвечает за функционирование всего организма. При этом, муха не способна думать. Она действует инстинктивно.
Важно: в теле расположены нервные узлы, называемые ганглиевыми, которые соединяются с «мозгом».
Протоцеребрум
Это крупнейший отдел мозга, отвечающий за координацию любого жизненного процесса насекомого. В данной части «центра управления» расположено огромное количество нейронов. Они ответственны за анализ и обработку полученных сведений.
Благодаря расположению клеток в наружном слое и идущим к ним волокнам, мозг мухи, можно сравнить с управляющим органом человека или животного.
Внутри протоцеребрума имеются дополнительные отделы. Которые делятся на:
Важно: подобные дополнительные отделы имеются у пчел и муравьев.
Дейтоцеребрум
Отдел расположен перед тритоцеребрум. Отвечает за нервные окончания, идущие к усикам. «Антенны», единственные волокна, отходящие от вторичного мозга. В большинстве случаев, они начинаются корешками:
У некоторых видов мух этих корешков не наблюдается.
Дейтоцеребрум отличается от протоцеребрум простотой. Схема строения соответствует обычному ганглию. Объяснить это можно только тем, что данный отдел является нервным центром только одного сегмента – усов.
Тритоцеребрум
Отдел принято называть третичным мозгом. Его положение ясное. Тритоцеребрум расположен между остальными отделами. При этом определенной формы у мозга нет. Единственное, с уверенностью сказать, что он разделен на;
Между двумя половинками расположена небольшая перемычка. Она проходит под кишечником.
Основной задачей тритоцеребрума является контроль рта и верхней губы. Вторая может отсутствовать у некоторых видов мух.
Важно: тритоцеребрум связан с симпатической нервной системой.
Как работает «центр управления»
На первый взгляд кажется, что мозг мухи прост, и не способен выполнять сложные операции. Даже «бывалые» ученые удивляются, его работе.
В Калифорнийском университете был проведен опыт над мухами. В результате стало ясно, что «центр управления» насекомого определяет скорость, направляющегося к вредителю тела. Благодаря этому, мушка понимает в каком направлении ей нужно двигаться, чтобы избежать опасности. Для подготовки насекомому требуется около 200 миллисекунд.
Важно: перед тем, как взлететь, муха расставляет лапки таким образом, чтобы оттолкнуться в противоположную от приближающегося объекта сторону.
Мозг успевает оценить ситуацию и принять решение, даже если насекомое:
Профессор Калифорнийского университета, проводивший опыты, считает, что «центр управления» двукрылого насекомого имеет координатную карту. Благодаря этому, мушка принимает решения так быстро.
Мухи, как и большинство насекомых способны обучаться. Все зависит от ситуаций, в которое попадал вредитель. Конечно, это не тоже самое, что происходит с человеком. Насекомое запоминает все на генетическом уровне.
Функцию мозга насекомых, и мушек в том числе, исследуют во многих университетах. Опыты позволяют понять, как выживали вредители в прошлом и на сколько они изменились.
Заключение
Мозг мухи – простой и в то же время, сложный орган. Благодаря выполняемым функциям «центра управления», вредитель в 80% случаев избегает физической опасности. Например, когда человек пытается поймать насекомое рукой. Конечно, мозг крошечного насекомого не сравнить с тем, который имеют млекопитающие. Несмотря на это и он имеет свои особенности.
Нервная система насекомых: есть ли у них мозг?
Несмотря на то, что насекомые кажутся довольно примитивными существами, у любопытных исследователей нередко появляются вопросы. Как устроена их нервная система? Каким образом отдельные виды организуют иерархию? Если они настолько организованы, означает ли это, что у них есть мозг? А если мозг есть, то отличается ли он у разных видов насекомых? В статье мы попробуем ответить на эти вопросы.
Исследование интеллекта насекомых
Насекомые представляют собой огромный класс беспозвоночных членистоногих. Ареал их обитания практически безграничный. Они встречаются в любом климате и почти на любой широте. Каждый из видов имеет свои отличительные особенности поведения и образа жизни. На протяжении многих столетий ученые пытались выяснить, каким образом связано поведение и образ жизни особей с их мозгом. Причем отношение к интеллекту этого класса сильно менялось с течением времени.
В древние времена люди боготворили насекомых, считая их умнейшими существами на планете. Так, древние египтяне полагали, что пчелиный улей представляет собой маленькое государство с пчелиным фараоном. А некоторые античные философы и учены всерьез думали, что у пчел может быть рабовладельческий строй.
Изображение пчел на древнеегипетской фреске
В средние века точка зрения на интеллект насекомых поменялась. Теперь отдельные ученые-натуралисты считали жуков своеобразными механизмами, не способным к мышлению и анализу и полагающимся только на рефлексы.
В 19 веке ученые вернулись к обсуждению вопроса о наличии интеллекта у этого класса. Теперь великие умы того времени разделились на два лагеря. Одни считали, что общественные насекомые способны мыслить, другие пытались доказать, что поведение и образ жизни – это всего лишь набор рефлексов. Лишь немногие ученые объясняли поведение пчел их способностью к обучению, большинство полагало, что это инстинкты. Такое суждение связывали с маленьким размером мозга.
Мозг букашек действительно значительно отличается от человеческого, количество нейронов в нем около 1 миллиона, в то время, как человеческий мозг состоит из 86 миллиардов нейронов. По этой причине ученые долгое время не изучали подробно мозг насекомых, считая его примитивным. Однако несколько проведенных исследований показало, что когнитивные способности букашек сопоставимы со способностями многих позвоночных! Это открытие вновь вызвало интерес со стороны научного сообщества к изучению нервной системы жучков.
В конце 20 века благодаря достижениям генетики было доказано, что у насекомых нет ни исключительно врожденных, ни исключительно приобретенных навыков. И хотя их поведение является врожденным, на него накладываются приобретенный опыт, который позволяет им приспосабливаться к определенному типу пищи или к определенной местности.
Строение мозга
Центральная нервная система этого класса состоит из ганглиевых узлов, соединенных в цепочку. Несколько пар ганглиев соединяются в мозг. Он состоит из трех отделов: первичный (протоцеребрум), вторичный (дейтоцеребрум), и третичный (тритоцеребрум). Дейтоцеребрум и тритоцеребрум являются достаточно простыми отделами, по структуре это обычные ганглии, это объясняется тем, что они посылают нервные сигналы только к тем частям организма, с которыми они связаны, то есть усиками и ротовой полости. Протоцеребрум гораздо сложнее по строению, т.к. он координирует работу всего организма.
Головной мозг насекомых
Протоцеребрум
Первичный мозг или протоцеребрум является самым большим отделом. Он отвечает за все процессы, протекающие в организме. Эта часть разделена на несколько зон, имеющих разное строение и отвечающих за разные функции. Протоцеребрум состоит из нейронов, отвечающих за обработку и анализ информации. Внешне протоцеребрум напоминает большой мозг млекопитающих. Внутри первичного отдела находятся волокнистые массы, называемые нейропилярными массами, образованные из отростков нервных клеток. С помощью нейропилей мозг делится на несколько отдельных частей.
Этот отдел, кроме координации работы организма, отвечает за зрение, а также за взаимодействие между отдельными особями. Благодаря протоцеребруму, некоторые виды способны к организации.
Ученые заметили, что у насекомых с более сложной организацией протоцеребрум развит сильнее. В помощью стебельчатых тел формируются ассоциации и происходит более подробная обработка информации, помогающая образовывать связи между особями. У коллективных насекомых количество стебельчатых тел значительно больше. Например у пчел эти тела занимают до 20 % мозга, а у мух или тараканов менее 2 %.
Дейтоцеребрум
Располагается перед тритоцеребрумом, передаем сигналы нервной системы в усики. Нервные волокна антенн – единственные волокна, связанные с этим отделом. Они очень развиты, начинаются со спинного (моторного) и брюшного (сенсорного) нервных корешков. Вторичный отдел разделен на две части, соединенные между собой комиссурой.
Тритоцеребрум
Располагается между остальными отделами мозга спереди от него и брюшной нервной цепочкой позади. Находится над кишечником и разделен на две части, соединенные между собой дугой, огибающей кишечник. Изначально тритоцеребрум отвечал за подачу сигнала нервной системы в усики, но позднее эта функция атрофировалась. Сейчас третичный отдел передает сигналы по нервным волокнам к мышцам ротовой полости и верхней губы.
Особенности мозга насекомых
Итак, мы выяснили, что у насекомых есть мозг, и кроме того, он не самый простой по строению. Именно благодаря этой сложной структуре отдельные виды, например пчелы или муравьи, способны к образованию иерархии и структуры. Именно это помогает муравьям передавать опыт более молодым поколениям, показывая им путь к добыче пищи, или выращивать тлю в определенных местах, а пчелам запоминать соцветия, где можно найти нектар.
С помощью протоцеребрума особи могут усваивать новую информацию, которую они потом могут использовать например для добычи пищи. Пчела может запомнить цвета окружающих объектов и их расположение. Это помогает найти дорогу к цветку, где она накануне собрала большое количество нектара. Кроме того, исследования, проведенные недавно, доказали, что насекомых можно целенаправленно обучать. Так, ученые обучили шмеля двигать мячик в определенное место, после чего шмель получал сладкий сироп. Несколько особей легко запомнили порядок действий и повторяли его.
Также у букашек отлично развито ориентирование в пространстве. Пчелы или шмели запоминают окружающие предметы, муравьи прокладывают дорожки к пище, а жуки-навозники могут ориентироваться даже ночью по звездному небу.
Насекомые не самые примитивные существа, как многие из нас привыкли думать. Их мозг одновременно и простой, и сложный. Многим видам такая структура нервной системы помогает избежать опасности, найти пищу и даже организовать иерархию в гнезде.
Головной мозг насекомых
Головной мозг насекомых – это совокупность объединенных передних ганглиев нервной цепочки, которые слились между собой в единое образование; наиболее сложно устроенный отдел центральной нервной системы, который управляет функциями всего организма.
Содержание:
Общее строение мозга
У насекомых головной мозг содержит небольшое количество двигательных нейронов, но зато в нем много чувствительных и вставочных (ассоциативных) нервных клеток. Из этого можно заключить, что главные задачи мозга состоят в получении информации и ее «обдумывании».
В составе мозга объединяются несколько передних пар ганглиев (как минимум, три). Но в связи с тем, что для многих насекомых не выяснен точный сегментарный состав головы, говорить об этом однозначно довольно сложно.
В головном мозге различают три отдела:
Мозг насекомых
1 – глазки, 2 – протоцеребрум, 3 – зрительные доли,
4 – глаза, 5 – усики, 6 – комиссура, 7 – тритоцеребрум,
Строение разных отделов мозга
Тритоцеребрум
Это отдел, который имеет наиболее ясное положение. Он в последнюю очередь вошел в состав органа и находится между остальными отделами мозга, лежащими спереди от него, и брюшной нервной цепочкой, расположенной сзади. Тритоцеребрум занимает положение над кишечником, он представлен в виде массы неопределенной формы, и разделен на правую и левую половины. Между половинами имеется перемычка, которая проходит под передним отделом кишечника, огибая его в виде дуги. [3]
Изначально тритоцеребрум был ганглием, который иннервировал антенны, но со временем он утратил эту способность. У современных насекомых третичный мозг отдает нервные волокна к верхней губе и некоторым мышцам ротовых органов. [3] Кроме того, тритоцеребрум имеет связи с симпатической нервной системой: от него начинается возвратный нерв. [1]
Дейтоцеребрум
Располагается кпереди от тритоцеребрума, отдает нервы к усикам. Антеннальные нервные волокна – единственные, которые отходят от этого отдела. Они отличаются хорошим развитием и в некоторых случаях начинаются парой корешков: спинным (или моторным) и брюшным (или сенсорным). Иногда отдельно эти корешки не существуют, но в общем нервном волокне все равно есть и те, и другие нервы. Дейтоцеребрум также разделен на правую и левую доли, которые между собой соединены заметной комиссурой. Помимо комиссуры, вторичный мозг имеет нервную связь с протоцеребрумом. [3]
Дейто – и тритоцеребрум устроены относительно просто, структура обоих этих отделов соответствует схеме строения обычного ганглия. Это объясняется тем, что они являются нервными центрами сегментарного значения, иннервируя только те отделы тела, к которым они принадлежат (соответственно, антенны и верхнюю губу). В отличие от них, протоцеребрум отличается более сложным строением, потому что он «отвечает» за работу всего организма. [3]
Протоцеребрум
Самый крупный отдел мозга, который координирует все процессы, протекающие в теле насекомого. Он разделен на несколько зон, имеющих разное строение и разное назначение. Вероятно, разделение на непохожие друг на друга области – это результат так называемой функциональной специализации мозга. [3]
В первичном мозге находится скопление огромного количества вставочных нейронов, отвечающих, напомним, за анализ и обработку информации. Тела клеток в основном располагаются в наружных слоях отдела, а идущие к ним и от них волокна лежат во внутренней части протоцеребрума. Это создает мозгу насекомых некоторое сходство с головным мозгом человека и высших животных, у которых неким аналогом протоцеребрума является большой, или конечный мозг (полушария). [3]
Внутри протоцеребрума насекомых отростки нервных клеток образуют волокнистые массы, также называемые нейропилярными массами (нейропилями). При их помощи мозг разделяется на части. В составе протоцеребрума находятся следующие отделы: центральное тело, протоцеребральные лопасти, стебельчатые тела, протоцеребральный мост, вентральные тела, межцеребральная часть, зрительные доли.Разберем подробнее их строение. [3]
Обиженный муравей, общительный таракан. Новые научные данные ставят перед нами неудобные вопросы
Автор фото, Getty Images
Многие десятилетия мысль о том, что насекомые обладают чувствами и эмоциями, звучала в научном мире как еретическая шутка. Но по мере накопления данных исследователи начали пересматривать казавшееся очевидным мнение. Новые открытия ставят перед человечеством неудобные вопросы.
Помимо прочих обязанностей, Рейнолдс отвечал в мэрии за борьбу с насекомыми в общественных зданиях. Одним из пунктов повестки дня было обсуждение ассигнований на предстоящий год на эту самую борьбу.
Не успел чиновник начать говорить, как на стену выполз здоровенный толстый таракан. Блестящее черное тельце резко выделялось на белом фоне. Таракан неспешно полз в одному ему известном направлении, дерзко выставляя себя напоказ и словно дразня людей.
Об этом случае написала газета Chicago Tribune. Ситуация выглядела комично, поскольку таракан появился, что называется, в тему. А еще оттого, что мы считаем насекомых роботоподобными существами, способными на мысли и чувства не больше, чем камни.
Предположение, что таракан просто развлекался или захотел поиграть, звучит нелепо. Но… нелепо ли?
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
Конец истории Подкаст
В ходе исследований появляется все больше доказательств того, что насекомые могут испытывать довольно обширную гамму эмоций. Они радостно жужжат, обнаружив нечто приятное для них, и впадают в уныние от неприятных вещей, которые не в силах изменить. Они могут вести себя оптимистично, цинично, испуганно и реагируют на боль так же, как млекопитающие.
Начав изучать поведение и эмоции плодовых мушек-дрозофил, профессор нейробиологии Оксфордского университета Скотт Уэдделл шутил: «Но я не собираюсь исследовать их амбиции».
Автор фото, Getty Images
Золотые черепаховые жучки выражают свои эмоции особенно явно
Сегодня словосочетание «предприимчивое насекомое» уже не звучит анекдотически. Уэдделл установил, что дрозофилы обращают внимание на то, что делают остальные особи, и способны учиться друг у друга.
Но как определить, что чувствуют насекомые? Как отличить осмысленную реакцию от автоматической? И должны ли мы теперь относиться к ним иначе?
Закон эволюции
Первые насекомые появились как минимум 400 млн лет назад, то есть задолго до того, как земля впервые содрогнулась от тяжелой поступи динозавров.
Последними общими предками насекомых и человека были похожие на личинок примитивные существа, жившие около 600 млн лет назад, после чего наши эволюционные пути разошлись.
Поразительно, но эти грибовидные тела имеются даже у личинок насекомых, и часть содержащихся в них нейронов сохраняется на протяжении всей жизни. Ученые предполагают, что благодаря этому взрослые насекомые способны хранить в памяти некоторые события, происходившие с ними на стадии личинки.
Появляется все больше свидетельств того, что параллели в устройстве мозга насекомых и других живых существ, стоящих выше на эволюционной лестнице, порождают и некоторое сходство познавательных способностей.
Хотя мозг насекомых эволюционировал в том же направлении, что и человеческий, имеется принципиальное различие. Наш мозг так разросся, что потребляет 20% всей энергии тела. Его размер привел к формированию у женщин широких бедер, чтобы сделать возможным рождение младенцев с достаточно большими головами.
Мозг насекомых в несколько миллионов раз меньше. У дрозофил, которых изучал профессор Уэдделл, он размером с маковое зернышко.
Автор фото, Getty Images
Китайские восковые пчелы от страха «кричат», заставляя свои тела вибрировать
Итак, даже на первый взгляд, мозг насекомых достаточно развит, чтобы они могли испытывать разные чувства. Но для чего им это?
Еретическая идея
Создавая в 2001 году свою исследовательскую группу, профессор Уэдделл поставил перед собой простую задачу. Он хотел выяснить, ищут ли дрозофилы пищу активнее после того, как некоторое время не ели и, соответственно, знакомо ли им чувство голода. Оказалось, что да.
Автор фото, Getty Images
Дрозофилы: должны ли мы относиться к ним иначе?
Некоторые ученые упрекали профессора в антропоморфизме (уподоблении животных людям) и требовали вместо «чувства» говорить «внутренние состояния».
Со временем исследования интеллекта насекомых вошли в моду, и вместо «мотивации» утвердилось определение «примитивные эмоции». Можно сказать, что они испытывают нечто подозрительно похожее на эмоции, говорит Уэдделл.
Направление сделалось популярным, накопилось много описаний, и предположение, что у насекомых могут быть эмоции, уже не является скандальным в академической среде. Но доказывать его довольно сложно.
До поры до времени никому не приходило в голову проверить, так ли это у насекомых.
В 2011 году Джеральдин Райт с коллегами из Университета Ньюкасла, где она тогда работала, решила этим заняться.
Автор фото, Getty Images
Тараканы весьма общительны и подражают друг другу
Потом разделили рой на две группы. Одну резко встряхивали. Пчелы терпеть этого не могут. Само по себе встряхивание для них не вредно, но служит для них сигналом опасности со стороны хищников. Другой предоставляли спокойно наслаждаться сладким напитком.
Как указывает Джеральдин Райт, основной набор химических веществ в мозгу чрезвычайно устойчив и сформировался сотни миллионов лет назад. Таким образом, чувства насекомых могут быть куда ближе к нашим, чем принято думать.
Джеральдин Райт замечает, что из ее опыта с пчелами не обязательно вытекает, что все насекомые способны испытывать оптимизм и пессимизм. Пчелы в данном смысле исключение. Они в высокой степени социальны, совместная жизнь в улье предъявляет повышенные требования к познавательным способностям, так что их можно считать интеллектуалами в мире насекомых.
Недвусмысленный сигнал
Если насекомые испытывают эмоции, они должны проявлять их каким-то образом, доступным для наблюдения и описания.
Автор фото, Getty Images
Современное сельское хозяйство сделало большую часть нашей планеты враждебной средой для насекомых
Дарвин утверждал, что способы выражения чувств, как все характеристики живых существ, не возникли из ниоткуда, Мимика, двигательные и звуковые реакции вырабатывались тысячелетиями в ходе эволюции, и в этом смысле между видами земной фауны тоже существует преемственность.
К примеру, Дарвин отмечал, что многим животным свойственно издавать в состоянии возбуждения громкие звуки. Наряду со щелканьем клювом у аистов и характерным треском хвостовых позвонков у гремучих змей он упоминал также стрекотание некоторых насекомых в момент сексуального желания. Он обратил внимание и на то, что пчелы жужжат по-другому, когда злятся.
И не только звуки. Вот, например, жук под названием «золотая черепашка», похожий на крошечную черепаху, которую окунули в расплавленное золото. Роскошный цвет образуется благодаря отражению света от наполненных особой жидкостью желобков в его панцире.
Но возьмите в руки одну из этих живых драгоценностей или подвергните любому другому стрессу, и жук на ваших глазах сделается темно-красным, как переливчатая божья коровка.
Большая часть исследований этого жука концентрировалась на физике того, как он меняет цвет. Но самое удивительное в том, что насекомое, похоже, контролирует этот процесс, выбирая окраску в зависимости от обстановки.
Автор фото, Getty Images
Насекомые заняли почти все природные ниши, но мозги у них устроены одинаково, а значит, и чувства могут быть сходными
А еще есть китайская восковая пчела. Каждый год в октябре во время так называемого сезона кровопролития их атакуют гигантские шершни, прозванные шершнями-убийцами и имеющие обыкновение откусывать пчелам головы.
Эти шершни обитают на обширных пространствах Азии от Индии до Японии, и, по наблюдениям ученых, медленно расширяют свой ареал, будучи последнее время замеченными и в Северной Америке.
Акустически звук имеет много общего с сигналами тревоги у многих живых существ, от приматов до птиц и летучих мышей. Хотя это и не доказано, можно предположить, что пчелы таким образом выражают свой страх.
Малоприятная правда
Больше всего споров вызывает вопрос, способны ли насекомые испытывать боль.
Накапливается все больше аргументов в пользу того, что насекомым ведома боль в человеческом понимании. Более того, они могут страдать от нее продолжительное время.
Но самый удивительный результат дало проведенное Нили исследование, в ходе которого он выяснил, что травмированные дрозофилы, вероятно, испытывают боль долгое время после того, как их повреждения зажили.