Есть ли мозг у насекомых? Нервная система и когнитивные способности насекомых

03.06.2020

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
• Строение мозга
• Особенности мозга насекомых

У мухи уникальный мозг

Обнаружено, что мухи обрабатывают 100 кадров в секунду. И это позволяет им во время полета обнаружить препятствие в течение нескольких миллисекунд (миллисекунда – это одна тысячная секунды). В частности, исследователи сфокусировали своё внимание на оптических потоках, которые они назвали «оптические полевые потоки «. Похоже на то, что это оптическое поле обрабатывается только первым слоем нейронов . Они обрабатывают “грубый” исходный сигнал от каждого мушиного “пикселя” . И пересылают обработанную информацию на следующий слой нейронов . И, как утверждают исследователи, этих вторичных нейронов всего лишь 60 штук в каждом полушарии мушиного мозга. Тем не менее, мушиному мозгу удаётся уменьшить или раздробить поле зрения на множество протекающих последовательно “векторов движения”, которые дают мухе вектор направления движения и “мгновенную” скорость . И что интересно, то, что муха это всё видит!
Мы, люди (и не все), знаем что такое вектор и мгновенная скорость. А муха об этих вещах, естественно, не имеет никакого понятия. И таким способностям мозга мухи обрабатывать огромное количество информации можно только позавидовать. А почему мы видим всего лишь примерно 50 кадров в секунду, а муха 100? Трудно сказать, но есть разумные предположения на этот счёт. Как взлетает муха? Почти “мгновенно”, с огромным ускорением. Мы такую перегрузку врадли бы выдержали. Но можно создать роботизированный мозг, который по скорости обработки информационных потоков не уступит мозгу мухи.

Чтобы попытаться понять, как крошечный мушиный мозг может обрабатывать такое огромный поток информации, исследователи в Мюнхене создали “симулятор полета” для мухи. Муха могла летать, но удерживалось на привязи. Электроды регистрировали реакцию клеток мозга мухи. А исследователи пытались понять, что же происходит в мозге мухи во время полёта.

Первые результаты очевидны. Мухи обрабатывают изображения от их неподвижных глаз совсем не так, как это делает человек. При перемещении мухи в пространстве, в ее мозге формируются “оптические полевые потоки” (optical flux fields), которые и дают мухе направление движения.

Как бы это видел человек? Например, при движении вперёд, окружающие объекты мгновенно бы разбегались по сторонам. А объекты в поле зрения казались бы большими, чем они есть на самом деле. И казалось бы, что ближайшие и удалённые объекты перемещаются по-разному.

Скорость и направление, с которыми объекты мелькают перед мушиными глазами, генерируют типичные шаблоны векторов движения – полевые потоки. Которые на втором этапе обработки изображения достигают так называемой «lobula plate» – центра зрения более высокого уровня. В каждом полушарии мозга мухи есть всего лишь 60 нервных клеток, ответственных за зрение. Каждая из этих нервных клеток реагирует только на сигнал с определенной интенсивностью.

Но для анализа оптических потоков важна информация, поступающая от двух глаз одновременно. Эту связь обеспечивают особые нейроны, называемые “VS cells”. Они и позволяют мухе точно оценить своё местоположение в пространстве и скорость полёта. Похоже на то, что “VS cells” ответственны за распознавание и реакцию на вращающий момент, действующий на муху во время её манёвров в полёте.

Постоянная стройка

Мозг видоизменяется не только в ходе эволюции, но и на протяжении отдельно взятой жизни. Мозг плода, находящегося в чреве матери, постоянно развивается, и число его нейронов многократно увеличивается. В мозге новорожденного содержится даже больше нейронов, чем в мозге взрослого человека! То есть некоторые из этих клеток потом удаляются организмом. Однако основным различием между мозгом новорожденного и мозгом взрослого является число соединений между нейронами. У младенца их гораздо меньше, но с самых первых дней жизни оно постоянно растет. Именно это делает возможным обучение. У него много нейронов В пожилом возрасте развитие мозга постелено замедляется

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.

Для чего нужны тесты IQ

Тесты по измерению коэффициента интеллекта (IQ) не измеряют того, насколько человек умен. Они лишь дают возможность понять, насколько развиты у него определенные способности — речевые, логические, способность к запоминанию… Можно сказать, что эти тесты измеряют уровень конкретных способностей (в лингвистике, математике…). Но речь идет лишь об уровне, существующем в конкретных областях и в конкретное время. А ведь надо, чтобы эти возможности были приспособлены к нуждам того или иного индивидуума и к нуждам окружения, в котором он живет.

Гении больше используют правое полушарие

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:

• тритоцеребрума;
• протоцеребрума;
• дейтоцеребрума.

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:

• центральное тело;
• межцеребральную часть;
• протоцеребральные лопасти;
• протоцеребральный мост;
• вентральные тельца;
• зрительные доли;
• стебельчатые тела.

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.

Отделы тела и покровы

Насекомые отличаются завидным видовым разнообразием: примерно 1,5 миллиона. Причем эта цифра минимальна. Несмотря на это все они имеют общий план строения. Тело насекомых четко подразделяется на три отдела. Это голова, грудь и брюшко. Средний отдел несет три пары конечностей и крылья.

Внутренние органы насекомых надежно защищены наружным скелетом — кутикулой. Его наружный слой образован жирообразными веществами, предотвращающими излишнюю потерю влаги. Здесь же располагаются пахучие или ядовитые железы. Цвет насекомого зависит от вида пигментов, находящихся в среднем слое кутикулы.

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:

• чистит крылышки;
• питается;
• передвигается в пространстве или по поверхности стены.

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.

Обучение

Интеллект насекомых позволяет им усваивать новую информацию и использовать ее для поисков пищи. Например, пчела отлично различает цвета и запоминает расположение объектов. По ним она и ориентируется, чтобы возвращаться по нескольку раз к цветку, в котором нашла много нектара. Кроме того, она запоминает и время, когда бутон был раскрыт.

Как показали недавние исследования, шмели тоже способны к обучению. В Лондонском университете их сумели научить закатывать мячик в обозначенное место для получения сладкого сиропа. После того как им несколько раз показали принцип действия, шмели легко запомнили и повторяли его.

Пищеварение и выделение

Пищеварительный тракт насекомых сквозного типа. Характерным признаком насекомых является наличие слюнных желез и отсутствие печени. У некоторых представителей есть специализированные железистые клетки, которые также выделяют ферменты.

Среди насекомых встречается и внекишечное пищеварение. К примеру, личинки божьих коровок впрыскивают в тело жертвы ферменты. Так происходит переваривание их содержимого.

Органами выделения насекомых являются мальпигиевы сосуды. Это трубочки, слепым концом обращенные в полость тела, а обратным — в кишечник. В них поступает гемолимфа. Из этой жидкости в метанефридии выделяются конечные продукты обмена, которые выводятся наружу через кишечник.

Размножение и развитие

Все насекомые раздельнополы. У некоторых видов четко проявляется половой диморфизм — различие в морфологических признаках особей разных полов. Примерами насекомых, у которых наблюдается диморфизм, являются жуки — олени, стрекозы, бабочки.

Еще один характерный признак — внутреннее оплодотворение. Это означает, что слияние гамет у насекомых происходит внутри женского организма. А вот дальнейшее развитие может происходить по-разному. У одних видов из яйца появляются особи, которые по внешнему виду не отличаются от взрослых. Это насекомые с неполным превращением.

Кровеносная и дыхательная система

Данные системы функционально взаимосвязаны. Основным органом кровообращения насекомых является единственный спинной сосуд. Это полая мышечная трубка. Его задний отдел — это сердце насекомых, а передний — аорта.

Свободноживущие виды дышат при помощи трахей. Они открываются наружу специальными отверстиями, которые называются дыхальца. Через них кислород из атмосферы проникает в трахеи, потом в их разветвления — трахеолы, и в результате оказываются внутри клеток. Здесь происходит окисление органических веществ.

Удаление углекислого газа может происходить в обратном направлении через дыхальца,

Нервная система и органы чувств

Для данных представителей типа Членистоногие характерно сложное поведение. Можно привести много примеров насекомых, которые являются общественными: пчелы, шмели, термиты, муравьи. Они живут целыми группами, в которых каждый член имеет свои «обязанности». Все это возможно благодаря развитию нервной системы насекомых. Она представлена брюшной цепочкой, в которой различают головной мозг, сегментарные и подглоточный узлы — ганглии.

Органы зрения расположены на голове. Это простые и сложные глаза. Последние формируют мозаичное зрение. Каждый маленький глазок воспринимает только часть изображения, а в совокупности формируется реальная целостная картина.

На голове также находятся и усики, которые являются органами осязания. Похожие структуры равномерно распределены по всей поверхности тела насекомых. К ним подходят нервные окончания, которые называются рецепторы. Они воспринимают различные типы раздражений: химические, механические, температурные.

Генерация, или жизненный цикл

Теперь поговорим о развитии мухи с научной точки зрения. Жизненный цикл мухи идет по пути полного превращения насекомых.

Внимание! Полный цикл развития насекомых включает в себя четыре стадии: яйцо, личинку, куколку и имаго!

Мухи способны отложить до ста пятидесяти яиц за один раз. В течение своей короткой жизни самка способна сделать более шести яйцекладок. Интересно и то, как мухи откладывают яйца. Они способны их помещать в любую, начавшую портиться пищу, поэтому так важно следить за накоплением мусора и своевременно выносить его из квартиры.

Яйца мухи разглядеть очень трудно, так как они имеют размер менее одного миллиметра.

Яйца инкубируются очень быстро, буквально на следующий день появляются небольшие личинки – опарыши. Из яйца они появляются совсем крохотными, но в процессе развития способны вырасти более чем в восемьсот раз.

Весь процесс развития опарышей длится немногим больше недели при благоприятных условиях: оптимальной температуре в 20-25 градусов по Цельсию и высокой влажности воздуха и субстрата, в котором они развиваются.

Опарыши весьма востребованы любителями рыбной ловли, но у комнатной мухи они мелкие и для наживления на крючок плохо подходят. Обычно наживку поставляют другие виды мух, так называемые – мясные.

Следующая стадия развития мухи – куколка. Личинка прекращает питаться и наращивать массу и размеры тела и постепенно окукливается. Рыболовы называют окукливавшегося опарыша кастером и также используют для наживки.

Кастер похож на личинку, только имеет более твердую оболочку и коричневатый цвет тела. В этой стадии развития муха также проводит около одной недели.

Наша справка! При пониженных температурах личинка мухи не способна окуклиться. Поэтому рыболовный опарыш в холодильнике способен храниться по полгода и более.

Через неделю после окукливания наступает последняя стадия того, как появляются мухи. Как было уже указано раньше, взрослые особе живут в средем около двадцати четырех суток, причем практически каждые два или три дня они способны откладывать яйца. Вот и получаются эти самые 75 тонн в год!

Мускулатура

Мышцы насекомых уникальны. Они обладают чрезвычайной силой сокращения. Благодаря этому некоторые насекомые могут поднять груз в десятки раз превышающий собственный. Еще одна особенность — частота сокращений. Это обусловливает различные формы полета: активный, поступательный, пассивный, зависающий. Сокращают конечности и приводят в движение крылья скелетные мышцы. Она образованы поперечнополосатой тканью. Сердце насекомых состоит из мышечных волокон, покрытых слоем эпителия.