Птичьи эйнштейны

Кстати, отнюдь не случайно для объяснения этой способности я процитировал лингвиста. Не только Хоккет, но и многие другие лингвисты считают, что именно потребность передавать информацию о чем-то не присутствующем здесь и сейчас, перед глазами, а удаленном в пространстве или во времени, была той причиной, которая постепенно привела к появлению человеческого языка (и тем самым способствовала развитию абстрактного мышления). Вот, например, как описывал появление языка американский лингвист Бикертон: «Первым людям, охотникам и собирателям, было жизненно необходимо передать друг другу сведения о какой-нибудь еде, которую они накануне нашли и спрятали далеко от стоянки, или о каком-нибудь животном, которое появилось вчера поблизости и для охоты на которого нужно собраться всем вместе. Язык жестов не мог передать такую информацию, и на помощь ему стали приходить первые членораздельные звуки с новым смысловым содержанием».

По мнению Бикертона, аналогичная ситуация должна была возникать и у других социальных существ. И действительно, как заметил Хоккет, пчелы-разведчицы с помощью своего танца рассказывают другим пчелам о неком отдаленном месте, где есть нектар. Этим рассказом они как бы переносят других пчел туда. Но то же самое, надо думать, делают и муравьи-разведчики, когда, возвращаясь из удачной разведки, сообщают другим рабочим муравьям с помощью касаний усиками, что нашли подходящую пищу в неком отдаленном от муравейника месте. Стоит, впрочем, заметить, что в языке муравьев эта способность - переносить объект «рассказа» в другое место или время - менее развита, чем у пчел. Муравьи всего лишь извещают, что нашли пищу; дорогу к ней они не умеют объяснить и просто помечают ее своими феромонами. Напротив, пчела-разведчица способна указать товаркам дорогу к отдаленной пище, рассказывая с помощью определенных фигур своего танца, куда лететь и как далеко.

А что же наши «птичьи эйнштейны»? – давно интересовало орнитологов. Неужто при всей своей разумности они не способны к тому, на что способны пчелы и муравьи?

Этот интерес имел определенные основания. Дело в том, что у воронов, например, давно уже была отмечена такая поведенческая особенность: молодые самцы ночью спят вместе, но днем охотятся поодиночке; однако если один из них увидит добычу, которую нашла и охраняет пара взрослых самцов, он возвращается к месту своей ночевки, и на следующий день весь молодняк скопом прилетает к добыче, чтобы прогнать взрослых самцов и завладеть едой. Это наблюдение как будто бы говорит о том, что вороновые хотя и не являются, строго говоря, социальными существами, но тоже способны каким-то образом рассказывать друг другу, что там-то и тогда-то видели пищу. Но поскольку полной уверенности в этом не было, профессор Марзлуф решил проверить, как обстоит дело в действительности, и его пятилетний эксперимент, о котором я упоминал, как раз и был на это направлен.

Эксперимент был занятный. Исследователи, надев на лица маски с изображением пещерного человека, направились к нескольким местам скопления воронов, поставили там ловушки и отловили в каждом месте от 7 до 15 птиц. Подержав их немного в руках и слегка этим «помучив», они затем выпустили их на волю в том же месте. Затем каждый год на протяжении пяти последующих лет исследователи снова и снова посещали те же места, но на этот раз на одних ученых были те же маски, что и в первый раз, а часть ученых надевали другие маски, незнакомые птицам. И вот результат. Спустя две недели после дня отлова около 26% воронов во всех местах, охваченных экспериментом, увидев людей в знакомых масках, вели себя по отношению к ним необычно «сердито». Этим словом Марзлуф описывает такое поведение птиц: они подлетали к людям в знакомых масках, каркали на них, топорщили перья, хлопали крыльями, сердито дергали хвостами, собирались вокруг них большими стаями. При этом на людей в других масках они не обращали особого внимания – просто отлетали прочь при их приближении.

Через год с четвертью экспериментаторов в знакомых масках «сердито» встретили уже 30,4% всех птиц. А через три года такую встречу им устроили 66%! Более того, сама площадь, где птицы ощущали угрозу при виде соответствующих масок, существенно расширилась. Но отношение к людям в незнакомых масках за все это время не менялось.

Профессор Марзлуф считает, что этот эксперимент окончательно доказывает наличие у вороновых способности передавать от одного к другому и от родителей к потомкам весьма отвлеченную информацию (в данном случае информацию об опасности, исходящей от масок, с которыми поначалу столкнулись лишь некоторые из птиц, притом намного раньше). Конечно, со словом «окончательно» торопиться никогда не следует. Случается, что сегодня эксперимент трактуют так-то, а спустя какое-то время находят ему совсем иное объяснение. Но что касается вороновых, то тут следует признать, что выводы профессора Марзлуфа и других орнитологов не так уж поспешны. Эти птицы и впрямь способны на такие мыслительные операции, на которые, кроме них, способен только человек. Чтобы не быть голословным, приведу еще один поразивший меня впечатляющий пример.

Это очередное подтверждение вороновой разумности появилось в недавнем выпуске весьма серьезного и авторитетного журнала Nature Communications. В статье ученых Лены Вейт и Андреаса Нидера из Тюбингенского университета в Германии рассказывается еще об одном эксперименте, проведенном с этими птицами. Эксперимент был сложный, не то что у Марзлуфа. Воронам показывали на экране компьютера некий простенький рисунок, который в дальнейшем служил своего рода заставкой к предстоящему эксперименту и появление которого постепенно приучало птиц настораживаться в ожидании. Затем на экране на короткое время появлялось изображение – например, яблоко, - которое служило образцом. Еще через долю секунды это же изображение появлялось на экране снова, и если птицы пытались его клевать, им давали поощрение.

Эта часть эксперимента довольно проста и знакома. Но затем опыт усложнили: перед вторым показом образца на экране появлялся указатель - например, синий круг. Или же звучал сигнал низкой частоты. А потом на экране появлялись одновременно два изображения – образец и что-то другое, на образец не похожее, например слива. На этот раз птицам давали поощрение лишь в том случае, если они тыкали клювом в образец; если они клевали сливу, поощрения не было. Когда птицы освоили этот репертуар, порядок показа изменили: сначала заставка, потом образец, потом указатель, но на этот раз в виде красного круга или звукового сигнала высокой частоты, а потом два изображения на экране: те же яблоко и слива, но теперь поощрение давали только в том случае, если птица выбирала сливу, то есть нечто, не похожее на образец. Иными словами, птиц обучали соображать, руководствуясь видом указателя, когда нужно тыкать в ту часть экрана, где находится образец, а когда – в ту часть, где находится непохожее.

Замечу, все эти картинки появлялись очень быстро друг за другом и оставались на экране долю секунды! Только последняя часть эксперимента (выбор между двумя картинками) продолжалась чуть дольше – 1,2 секунды. Это значит, что изображения буквально мелькали перед птицами: заставка, образец, указатель, две картинки, чтобы клюнуть в одну из них, и опять заставка, образец, указатель, две картинки, и опять, и опять, При этом указатели менялись непрерывно и самым случайным образом, то есть птицам приходилось почти мгновенно переключаться с одной стратегии на другую. Думаю, и человеку было бы нелегко в такой ситуации. Тем не менее птицы безошибочно производили нужный выбор, более того, они не ошибались и тогда, когда экспериментаторы вдруг меняли образец. Например, вместо яблока появлялась груша - они и тут клевали грушу по синему указателю и сливу - по красному. Иными словами, они выполняли сразу две мыслительные операции: искали на экране то, что было похоже на только что показанный образец, а потом согласно указателю выбирали, клюнуть его или то, что на него не похоже. Это была эффектная демонстрация свободного владения такими абстрактными категориями, как «похожее» и «вообще непохожее».

Мозг птиц отличается от человеческого. У птиц нет тех развитых лобных долей, где у людей сосредоточены операции с абстрактными категориями. Лена Вельт и Андреас Нидер повторили свой эксперимент, предварительно проделав «окошко» в птичьем черепе, через которое с помощью специальной аппаратуры они могли наблюдать за работой птичьего мозга. В одном из его участков группа нейронов вспыхивала только в момент выбора «похожего» и рядом другая группа нейронов вспыхивала во время выбора «непохожего». Иными словами, ученые обнаружили в птичьем мозгу участки, отвечающие за работу с абстрактными категориями. Зарождающаяся активность в том или ином из них уже позволяла предсказать, что собирается искать птица - «похожее» или «непохожее». Эти участки расположены в определенном районе мозга вороновых – в нижней части того слоя нейронов, который, как плащом (pallium на латыни), покрывает ниже расположенные слои и выполняет у птиц те самые сложные мыслительные функции, которыми у людей заведуют лобные доли мозга, - в частности, важнейшую функцию принятия решений. «У птиц, - говорит Лена Вейт, - многие функции реализованы иначе, чем у людей, потому что они дальние потомки динозавров. Поэтому птичий мозг показывает нам альтернативный путь организации разумного поведения в условиях совершенно иной анатомии мозга».

Изучая этот альтернативный путь, ученые приближаются к пониманию общих принципов работы любого мозга в процессе выполнения им различных разумных действий.

*************************************************************

Китайский вариант

252,28 миллиона лет назад на Земле произошла величайшая биологическая катастрофа, именуемая Пермской, потому что ею геологи датируют конец пермской геологической эпохи и начало триасовой (эпохи господства динозавров). Эту катастрофу иногда еще называют «великим побоищем», потому что в ту пору, по имеющимся данным, довольно быстро погибли 70% всех сухопутных позвоночных животных и 96% всех морских. Земная жизнь прошла тогда через самое узкое в ее истории «бутылочное горлышко» эволюции, и ей понадобилось целых 10 миллионов лет на восстановление прежнего биологического разнообразия.

В отличие от четырех других, более поздних крупных биологических катастроф, чьи причины более или менее известны, о причинах Пермской катастрофы все еще идут споры. Согласие имеется лишь по самым общим признакам. Так, почти все ученые признают, что катастрофа имела три последовательные фазы, причем во время первой вымирание видов шло под влиянием постепенных экологических изменений: снижался уровень кислорода в океанах, быстро возрастали уровни углекислого газа и метана в атмосфере, учащались кислотные дожди, высыхали земли в центральной части материков, свирепствовали лесные пожары и резкими скачками, не давая приспособиться, менялся климат.

Такому количеству разнообразных и одновременных угроз трудно подыскать единое объяснение, и потому Пермская катастрофа породила множество гипотез: столкновение Земли с крупными метеоритами, особая активность земных вулканов, резкое изменение циркуляции океанских течений, внезапное выделение метана с океанского дна и, наконец, одновременно мощное выделение CO2, SO2 и HCl в период образования сибирских траппов, формирующихся в результате вулканической деятельности. Эти огромные ступенчатые образования из застывших вулканических пород – лавы и туфа, покрывающие большую часть Восточно-Сибирской низменности на протяжении сотен тысяч кв. км, были образованы примерно 252-253 миллиона лет назад поднявшимся из недр земли плюмом - потоком раскаленного вещества земной мантии. Ранее считалось, что плюм должен был поднимать почву постепенно, выпячивая горы высотой до 2 км, и тогда выброс газов тоже был бы постепенным. Но в 2011 году в статье, опубликованной в журнале Nature, группа российских геологов под руководством Степана и Александра Соболевых показала, что сибирский плюм был намного плотнее обычного и потому создал условия для почти мгновенного выброса газов, как бывает в извержениях, но сразу на огромной площади. С этого времени гипотеза сибирских траппов стала фаворитом среди объяснений Пермской катастрофы

И вот недавно два ученых из китайского Геологического университета в провинции Юхань выступили в журнале Science China, Earth Sciences с совершенно новой гипотезой, объясняющей то же загадочное явление... движением материков. Известно, что все материки представляют собой верхние части гигантских глыб твердого вещества - континентальных плит, плавающих на вязкой раскаленной мантии. Медленное движение этих плит по мантии со временем радикально меняет расположение материков, и данные геологии позволяют проследить эти изменения и в прошлое, и даже в будущее. Известно, в частности, что примерно 300 миллионов лет назад все нынешние материки сомкнулись в единый суперконтинент, который геологи назвали Пангея. При этом, естественно, должны были исчезнуть внутренние мелкие моря и прибрежные шельфы, эти главные ареалы морского биологического разнообразия. Это должно было вызвать высыхание внутренней части Пангеи. Должны были также резко измениться океанские течения и системы глобальных ветров. Короче, должны были появиться все признаки первой стадии Пермской катастрофы.

Но главное, по мнению авторов, состояло в том, что, как всегда при состыковке континентальных плит, одни из них, не находя себе пути продвижения, заползали под другие, и, переплавляясь там, снова поднимались кверху в виде мантийных плюмов. На сей раз в силу гигантского размаха состыковки плюмы эти тоже должны были быть рекордными, как и предположили российские геологи.

Хорошая гипотеза, только, увы, с одним изъяном: образование Пангеи произошло за 50 миллионов лет до Пермской катастрофы. Но ничего, может быть, кто-нибудь теперь докажет, что появление плюмов требовало именно 50 миллионов лет. Подождем, время терпит.

**************************************

Для танго нужны… четверо

В жизни многоклеточных организмов огромную роль играет сцепление клеток. Правильное соединение нужных клеток в нужном порядке обеспечивает нормальное развитие отдельных органов и тканей и их нормальное функционирование, между тем как нарушение такого сцепления ведет к аномалиям и порой к раку.

Биологи давно знали, что сцепление клеток друг с другом происходит с помощью трех специальных белковых цепей. Одна такая цепь, назовем ее А (на самом деле это белок кадхерин), пронизывает мембрану клетки, и ее хвост торчит наружу. Этим хвостом она сцепляется с таким же хвостом молекулы А, торчащим из соседней клетки, как сцепляются две стороны застежки-молнии. Второй конец молекулы белка А входит внутрь своей клетки и там соединяется с промежуточной молекулой другого белка, назовем его В (на самом деле это белок бета-катенин). Второй конец молекулы В сцепляется с молекулой третьего белка, назовем ее С (в действительности это альфа-катенин), а уже она своим другим хвостом крепится к одному из белковых волокон, образующих своего рода скелет всякой клетки, благодаря которому она сохраняет свою форму.

Для чего природе понадобилось строить такой сложный комплекс из трех белков для скрепления клеток друг с другом и почему бы ей не ограничиться двумя молекулами, а то и вообще одной, - на это у биологов пока ответа нет, потому что они были заняты другой, более мучительной загадкой, касающейся этого комплекса. Когда они попытались воспроизвести в пробирке процесс соединения указанных трех цепей друг с другом, они обнаружили загадочный парадокс: белок С охотно соединялся с комплексом А + В, но тогда он не соединялся с волокнами клеточного скелета. Либо же этот белок столь же охотно соединялся с каким-нибудь волокном клеточного скелета, но тогда он ни за что не хотел соединяться с комплексом А + В. Иными словами, процессы соединения С с комплексом А + В или со скелетным волокном взаимно исключали друг друга. Как же тогда получалось, что внутри организма они вполне мирно уживались?

В поисках ответа на этот животрепещущий (для узких специалистов-биологов) вопрос ученые решили прежде всего изучить, как устроен капризный белок С. Оказалось, что белок С состоит из двух немного разных половинок. И эти две половинки в своем нормальном расположении создают идеальный замок для захвата скелетного волокна. Но если сначала соединить эту пару с комплексом А + В, то расположение двух половинок С чуть-чуть меняется, и этого «чуть-чуть» достаточно, чтобы замок изменил форму и перестал захватывать волокно.

Это означало, что в живом организме дело, по всей видимости, происходит так: сначала образуются комплексы А + В и С + волокно, а затем какой-то посредник соединяет эти две непримиримости. И такой посредник действительно нашелся - еще один белок клетки, назовем его D (на самом деле ванкулин). Оказалось, что он способен одновременно соединяться и с белковыми волокнами, и с белком С. Более того, анализ показал, что при таком соединении он намертво закрепляет обе половинки С в нормальном положении, так что последующее соединение белка С с комплексом А + В уже не может изменить это расположение, а следовательно, не может помешать белку С одновременно держаться за скелетное волокно.

Так что, как видите, не всегда для танго достаточно двоих. Иногда нужны все четверо. Четверо в связке, не считая волокна.

Рафаил Нудельман
"Окна", 19.06.2014