Ученые обнаружили внутренний магнитный компас муравьев

Несколько лет назад исследователи обнаружили, что пустынные муравьи (рода Cataglyphis) обладают редкими способностями, позволяющими им ориентироваться в магнитном поле Земли. Но как они это делают? У них всего около 1 миллиона нейронов (по сравнению с нашими 100 миллиардами) — так где же их внутренний компас? Исследование было опубликовано в PNAS.

Новое исследование было проведено исследователями из Вюрцбургского университета (Германия) под руководством профессора Вольфганга Рёсслера. Ранее команда обнаружила признаки того, что муравьи впервые настраиваются на магнитное поле Земли во время ориентировочной прогулки. Эта прогулка служит своего рода калибровкой. 

Муравьи начинают свою ориентировочную прогулку с того, что выходят из гнезда и исследуют окрестности. Они вращают тела, исследуя то, что могут почувствовать, и делают небольшие паузы. Но когда они делают эти паузы, они всегда смотрят в сторону входа в гнездо, хотя и не видят его.

В своем новом исследовании команда хотела посмотреть, какие изменения происходят в мозге муравьев во время этой прогулки. Исследователи взяли нескольких молодых муравьев и заставили их ориентироваться в разных условиях. Некоторых муравьев оставили в естественной среде, а других — в управляемом магнитном поле. Это сделало их ориентационную прогулку бесполезной и помешало им разработать систему отсчета. Затем исследователи сравнили мозг муравьев в двух ситуациях.

Навигационные способности муравьев двух групп заметно различались. Но этот другой процесс обучения также оставил неизгладимый отпечаток в их мозгу.

«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, пишут исследователи в исследовании.

Область, в которой наблюдались наиболее заметные изменения, — тело гриба — является важной частью мозга насекомого, служащей ключевым центром обработки сенсорной информации, а также обучения и памяти. Эта структура состоит из плотно упакованных нейронов и особенно заметна у насекомых, где она объединяет сигналы от различных сенсорных сигналов, включая запах, вкус и визуальные сигналы, что позволяет насекомым выполнять сложное поведение, такое как навигация, поиск пищи и распознавание закономерностей. По-видимому, сюда входит и магнетизм.

По сути, информация от неконтролируемых чувств муравьев (включая магнитные чувства) запускала развитие их мозга и нейронной активности. Количество и сила синаптических связей значительно увеличились по сравнению с муравьями, которые не могли использовать естественное магнитное поле.

Результаты их экспериментов доказывают, что «муравьям необходим функционирующий 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», как утверждают Полин Флейшманн и Робин Гроб.

Способность обнаруживать и использовать магнитное поле Земли для ориентации сродни сверхдержаве. Но пустынные муравьи — не единственные существа, которые демонстрируют способность ориентироваться с помощью магнитного поля планеты.

Множество животных используют магнитное поле Земли для ориентации и навигации — явление, известное как магниторецепция. Среди наиболее интересных примеров — перелетные птицы, которые совершают путешествия на большие расстояния с удивительной точностью, морские черепахи, которые пересекают океаны, чтобы вернуться на свои родные пляжи, и лосось, который возвращается в пресноводные места своего рождения.

Было замечено, что даже млекопитающие, в том числе летучие мыши и некоторые виды китов, используют магнитное поле Земли для ориентации. Эта способность ощущать и использовать магнитное поле является эволюционной адаптацией, охватывающей несколько таксонов и демонстрирующей разнообразные стратегии, которые жизнь на Земле использует для навигации в своей сложной среде.

Некоторые насекомые, например, пчелы, также делают это. Однако муравьи относятся к числу простейших существ, обладающих этой способностью, что открывает новые возможности для исследований. Их небольшую нервную систему относительно легко изучать напрямую, что дает уникальную возможность исследовать точные нейронные пути, которые используются для такого типа ориентации.

«Наши результаты показывают, что информация из магнитного поля Земли интегрирована во внутренний компас муравьев (центральный комплекс), а также в центры обучения и памяти (грибовидные тела). Вместе с нашим поведенческим анализом результаты показывают, что муравьи используют магнитную информацию как в качестве навигационного компаса, так и в качестве эталонной системы для калибровки визуального компаса», — заключают авторы исследования.