Их рост всего несколько сантиметров, а их мозг имеет сравнительно простую структуру и содержит менее 1 миллиона нейронов. Тем не менее, пустынные муравьи рода Cataglyphis обладают способностями, которые отличают их от многих других существ: животные способны ориентироваться по магнитному полю Земли.
Исследовательская группа из Университета Юлиуса-Максимилиана Вюрцбурга (JMU) обнаружила это несколько лет назад. Однако ранее было неизвестно, где в мозгу муравьев обрабатывается магнитная информация. Теперь эта проблема решена.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, команда показывает, что информация о магнитном поле Земли в первую очередь обрабатывается во внутреннем компасе муравьев, так называемом центральном комплексе, и в грибовидных телах, центры обучения и памяти животных.
Профессор Вольфганг Рёсслер, заведующий кафедрой поведенческой физиологии и социобиологии в Вюрцбургском университете, доктор Полина Фляйшманн, бывший научный сотрудник кафедры поведенческой физиологии и социобиологии, а теперь член рабочей группы по нейросенсорике/навигации животных в Университете Ольденбург и доктор Робин Гроб, который с тех пор перешел с кафедры Рёсслера в Норвежский университет науки и технологий в Тронхейме, отвечали за это исследование.
«Прежде чем муравей впервые покинет свое подземное гнездо и отправится на поиски пищи, он должен откалибровать свою навигационную систему», — говорит Флейшманн, объясняя предысторию работы. Во время так называемых обучающих прогулок животные затем исследуют окрестности вокруг входа в гнездо и неоднократно совершают пируэты вокруг оси своего тела с короткими остановками между ними. Во время этих пауз они всегда смотрят точно назад, в сторону входа в гнездо, хотя и не видят крохотной дырочки в земле.
Благодаря полевым исследованиям на юге Греции, где муравьи-катаглифисы являются родными, Флейшманн и ее коллеги смогли доказать, что пустынные муравьи ориентируются по магнитному полю Земли во время фазы обучающей прогулки. Флейшманн и Гроб исследовали ориентационное поведение муравьев во время манипулирования магнитным полем, а также искали изменения в нервной системе Катаглифиса как выражение недавно приобретенного опыта.
Зоологи сосредоточились на молодых рабочих, еще не совершавших обучающих прогулок. Муравьям разрешалось отправляться в путь только в рамках точно спланированных экспериментов — иногда в естественных условиях, иногда в постоянно управляемом магнитном поле, которое, например, демонстрировало хаотические направления или не допускало горизонтальной ориентации. Эта ошибочная информация о направлении не была надежной справочной системой для поведения муравьев, позволяющей оглядываться назад на вход в гнездо во время обучающих прогулок.
«Наш нейроанатомический анализ мозга показывает, что муравьи, подвергшиеся воздействию измененного магнитного поля, имеют меньший объем и меньше синаптических комплексов в области мозга, ответственной за интеграцию визуальной информации и обучения, так называемом грибовидном теле», — объясняют Флейшманн и Гроб. В центральном комплексе, области мозга муравья, в которой закреплена пространственная ориентация, при определенных условиях наблюдались те же результаты.
Пустынные муравьи, которым разрешили совершить свои первые путешествия в естественных условиях, явно отличались от них. Их сенсорный опыт, сочетание информации о магнитном поле, положении солнца и визуальной среде, запустил процесс обучения, который сопровождался структурными изменениями в нейронах и увеличением синаптических связей в вышеупомянутых областях мозга.
По мнению ученых, это приводит к выводу, что магнитная информация служит не только компасом для навигации, но и глобальной системой отсчета, имеющей решающее значение для формирования пространственной памяти.
Результаты их экспериментов доказывают, что «муравьям необходим работающий магнитный компас во время учебных прогулок, чтобы калибровать свой визуальный компас и в то же время сохранять изображения окружающей среды гнезда в своей долговременной памяти», говорят Флейшманн и Гроб. В то же время их исследования выходят далеко за рамки калибровки компаса у муравьев.
Рёсслер подчеркивает, что «результаты предоставляют ценную информацию о том, как мультисенсорные стимулы могут влиять на пластичность нейронов мозговых цепей для навигации в критической фазе созревания мозга».
В качестве следующего шага команда хочет выяснить, в каком органе чувств пустынный муравей получает магнитную информацию и по каким сенсорным путям она передается и обрабатывается. Этого еще не удалось достичь ни с одним видом животных, ориентирующимся на магнитное поле Земли.
Благодаря своей управляемой и относительно небольшой нервной системе насекомые, к которым принадлежит Cataglyphis, предоставляют уникальную возможность исследовать нейрональную основу магнитной ориентации на всех уровнях.
