Активное вибриссное чувство

Виб­риссы сыг­ра­ли в эво­лю­ции мле­ко­пи­та­ю­щих не мень­шую роль, чем теп­ло­кров­ность, живо­рож­де­ние или уве­ли­че­ние раз­ме­ров коры голов­но­го моз­га. Тако­во, во вся­ком слу­чае, мне­ние про­фес­со­ра Тони Пре­скот­та (Tony J. Prescott) из Шеф­фил­дско­го уни­вер­си­те­та (Department of Psychology, University of Sheffield). Вме­сте с кол­ле­га­ми из Вели­ко­бри­та­нии, Ита­лии и Сло­ве­нии он уже несколь­ко лет иссле­ду­ет осо­бен­но­сти виб­риссо­сен­со­ри­ки у раз­ных видов живот­ных.

Виб­риссы — чув­стви­тель­ные подвиж­ные волос­ки, осо­бый сен­сор­ный орган, кото­рый есть прак­ти­че­ски у всех мле­ко­пи­та­ю­щих, пла­цен­тар­ных и сум­ча­тых. Даже у чело­ве­ка на верх­ней губе сохра­ни­лись руди­мен­тар­ные муску­лы, с помо­щью кото­рых он когда-то шеве­лил виб­рисса­ми. Мно­ги­ми орга­на­ми чувств живот­ные поль­зу­ют­ся актив­но: не про­сто фик­си­ру­ют посту­па­ю­щую в мозг зри­тель­ную, слу­хо­вую или так­тиль­ную инфор­ма­цию, а раз­гля­ды­ва­ют заин­те­ре­со­вав­ший их пред­мет, целе­на­прав­лен­но обню­хи­ва­ют, ино­гда ощу­пы­ва­ют, заме­рев, вслу­ши­ва­ют­ся в какие-то зву­ки. А как обсто­ят дела с виб­рисса­ми? Необ­хо­ди­мый при­знак их актив­но­го исполь­зо­ва­ния — шеве­ле­ние. По это­му кри­те­рию мле­ко­пи­та­ю­щих мож­но раз­де­лить на три груп­пы. У неболь­ших гры­зу­нов, неко­то­рых насе­ко­мо­яд­ных и сум­ча­тых виб­риссы дви­га­ют­ся часто и с боль­шой ско­ро­стью. Круп­ные гры­зу­ны, неко­то­рые хищ­ни­ки и зай­це­об­раз­ные шеве­лят виб­рисса­ми вре­мя от вре­ме­ни, а у псо­вых, руко­кры­лых, копыт­ных, выс­ших при­ма­тов, кито­об­раз­ных и мле­ко­пи­та­ю­щих, лишен­ных зубов, напри­мер мура­вье­дов, усы обыч­но нахо­дят­ся в покое.

Серый корот­ко­хво­стый опо­ссум Monodelphis domestica (http://animaldiversity.ummz.umich.edu)

Одна­ко само по себе дви­же­ние усов не дока­зы­ва­ет, что живот­ное с их помо­щью актив­но соби­ра­ет инфор­ма­цию. Может быть, виб­риссы дро­жат непро­из­воль­но, или гры­зун про­сто обма­хи­ва­ет ауру. Что­бы удо­сто­ве­рить­ся в целе­на­прав­лен­ном исполь­зо­ва­нии чув­стви­тель­ных волос­ков, нуж­но убе­дить­ся, что живот­ное дей­стви­тель­но управ­ля­ет их дви­же­ни­я­ми, т.е. срав­нить дви­же­ния виб­рисс и голо­вы зве­ря в раз­ных ситу­а­ци­ях с оче­вид­ной моти­ва­ци­ей пове­де­ния. Для этих экс­пе­ри­мен­тов Тони Пре­скотт с кол­ле­га­ми выбра­ли пред­ста­ви­те­лей трех видов, актив­но шеве­ля­щих уса­ми: крыс как наи­бо­лее изу­чен­ный в этом отно­ше­нии вид; домо­вых мышей, пото­му что они близ­кие род­ствен­ни­цы крыс и явно ори­ен­ти­ру­ют­ся на мест­но­сти с помо­щью виб­рисс, но мень­ше раз­ме­ром; и серо­го корот­ко­хво­сто­го опо­ссу­ма. Пер­вые опо­ссу­мы жили более 100 млн лет назад, и эта зве­рюш­ка может обла­дать чер­та­ми, при­су­щи­ми обще­му пред­ку совре­мен­ных сум­ча­тых и пла­цен­тар­ных мле­ко­пи­та­ю­щих.

Уче­ные поме­ща­ли живот­ных на аре­ну, сла­бо под­све­чен­ную сни­зу, и сни­ма­ли на высо­ко­ско­рост­ную каме­ру, как они иссле­ду­ют про­стран­ство. Для ана­ли­за выби­ра­ли эпи­зо­ды, когда зве­ри шеве­ли­ли виб­рисса­ми в отсут­ствие внеш­не­го раз­дра­жи­те­ля, нахо­дясь на глад­ком полу, и ана­ли­зи­ро­ва­ли запи­си кадр за кад­ром.

Если объ­еди­нить эти дан­ные с полу­чен­ны­ми ранее, полу­ча­ет­ся сле­ду­ю­щая кар­ти­на. Пред­ста­ви­те­ли всех трех видов при ходь­бе шеве­лят уса­ми: пучок виб­рисс то сжи­ма­ет­ся, то рас­ши­ря­ет­ся в гори­зон­таль­ной плос­ко­сти. Часто­та коле­ба­ний состав­ля­ет 7–10 Гц у крыс, 9–13 — у мышей и 3–11 — у опо­ссу­мов. На эти коле­ба­ния ино­гда накла­ды­ва­ет­ся вто­рич­ная гар­мо­ни­ка, часто­та кото­рой осо­бен­но высо­ка у мышей. У них же самые раз­ма­ши­стые дви­же­ния: зверь­ки спо­соб­ны рас­пу­шить свои усиш­ки более чем на 102 гра­ду­са. Воз­мож­но, кине­ма­ти­ка виб­рисс зави­сит от ско­ро­сти дви­же­ния живот­ных: мышь — самая быст­рая из них.

Уско­рен­ная съем­ка пока­за­ла, что виб­риссы у всех трех видов направ­ле­ны в ту сто­ро­ну, куда повер­ну­та голо­ва живот­но­го. Когда кры­са дви­жет­ся по пря­мой, ее усы ори­ен­ти­ро­ва­ны и дви­жут­ся сим­мет­рич­но. На ров­ном полу голо­ва живот­но­го опу­ще­на, что­бы виб­риссы мог­ли касать­ся поверх­но­сти. Если нуж­но иссле­до­вать стен­ку, то голо­ва под­ни­ма­ет­ся, поз­во­ляя виб­рис­сить вер­ти­каль­ную поверх­ность. Когда что-то при­вле­ка­ет вни­ма­ние кры­сы и она пово­ра­чи­ва­ет голо­ву, ее усы меня­ют свое поло­же­ние несколь­ко рань­ше — это свое­об­раз­ный сиг­нал пово­ро­та. Так что виб­риссы сим­мет­рич­ны отно­си­тель­но пред­сто­я­ще­го поло­же­ния голо­вы.

Обыч­но виб­риссы у гры­зу­нов рас­пу­ше­ны, что­бы охва­тить мак­си­маль­ное про­стран­ство. Но, иссле­дуя опре­де­лен­ный объ­ект, живот­ные соби­ра­ют их в пучок. Нащу­пав что-нибудь длин­ным волос­ком, кры­са пово­ра­чи­ва­ет голо­ву так, что­бы мож­но было при­кос­нуть­ся к пред­ме­ту и корот­ки­ми, рас­по­ло­жен­ны­ми вокруг рта и на под­бо­род­ке. При кон­так­те с боко­вой стен­кой или пред­ме­том ампли­ту­да дви­же­ния волос­ков с одной сто­ро­ны умень­ша­ет­ся, с дру­гой — уве­ли­чи­ва­ет­ся, так как живот­ные тянут­ся к объ­ек­ту иссле­до­ва­ния виб­рисса­ми с про­ти­во­по­лож­ной сто­ро­ны тела. При этом ампли­ту­да и часто­та дви­же­ния чув­стви­тель­ных волос­ков зави­сит от ситу­а­ции; напри­мер, когда нуж­но уста­но­вить тек­сту­ру объ­ек­та, виб­риссы дви­га­ют­ся одним спо­со­бом, когда фор­му — дру­гим. При кон­так­те с неожи­дан­ным пред­ме­том усы зами­ра­ют при­мер­но на 15 мил­ли­се­кунд, при­чем с нуж­ной сто­ро­ны.

Ины­ми сло­ва­ми, все три вида живот­ных явно кон­тро­ли­ру­ют усо­дви­же­ние, актив­но иссле­ду­ют заин­те­ре­со­вав­ший их пред­мет, при этом сле­дят, что­бы коли­че­ство кон­так­ти­ру­ю­щих с объ­ек­том волос­ков было мак­си­маль­ным, а сила нажи­ма — мини­маль­на. Спра­ши­ва­ет­ся, а зачем вооб­ще виб­рисса­ми дви­гать? Тор­чат во все сто­ро­ны, чув­ству­ют что-то — и хоро­шо. По мне­нию про­фес­со­ра Пре­скот­та, подвиж­ные усы поз­во­ля­ют живот­ным сво­бод­нее ори­ен­ти­ро­вать­ся на мест­но­сти и иссле­до­вать боль­ший объ­ем про­стран­ства, чем непо­движ­ные, а так­же кон­тро­ли­ро­вать часто­ту и силу кон­так­тов с пред­ме­та­ми. Актив­ное виб­рисс­ное чув­ство — могу­чий уси­ли­тель воз­мож­но­стей малень­ко­го зве­ря, кото­рый вынуж­ден в тем­но­те пере­дви­гать­ся по пере­се­чен­ной мест­но­сти или лазить по дере­вьям. У отно­си­тель­но круп­ных живот­ных, раз­ме­ром с нут­рию, у кото­рых голо­ва нахо­дит­ся доста­точ­но высо­ко над зем­лей, пре­иму­ще­ства виб­рисс схо­дят на нет.

Но имен­но таки­ми, мел­ки­ми, ноч­ны­ми и дре­во­ла­за­ю­щи­ми были пер­вые мле­ко­пи­та­ю­щие. Судя по тому, что управ­ля­ют сво­и­ми уса­ми не толь­ко мел­кие гры­зу­ны, но и пред­ста­ви­те­ли таких древ­них отря­дов, как сум­ча­тые и насе­ко­мо­яд­ные, актив­ным поль­зо­ва­те­лем виб­рисс был, воз­мож­но, и общий пре­док всех мле­ко­пи­та­ю­щих, жив­ший более 125 млн лет назад. Судя по стро­е­нию моз­га совре­мен­но­го опо­ссу­ма, для кон­тро­ля за дви­же­ни­ем усов силь­но раз­ви­тая кора голов­но­го моз­га не нуж­на, хотя систе­ма виб­рисс мыше­вид­ных гры­зу­нов более слож­на, чем у опо­ссу­мов. И раз актив­ное виб­рисс­ное чув­ство воз­ник­ло так рано, зна­чит, оно дей­стви­тель­но было жиз­нен­но важ­но для пер­вых мле­ко­пи­та­ю­щих.

Даль­ней­шие иссле­до­ва­ния пове­де­ния, ана­то­мии и ней­ро­фи­зио­ло­гии виб­рисс сум­ча­тых могут про­лить свет на то, как их исполь­зо­ва­ние повли­я­ло на эво­лю­цию моз­га и тела мле­ко­пи­та­ю­щих и помог­ло им заво­е­вать мир. Но Тони Пре­скот­та инте­ре­су­ет не толь­ко эво­лю­ци­он­ный аспект про­бле­мы. Уже несколь­ко лет он со сво­и­ми сотруд­ни­ка­ми кон­стру­и­ру­ет робо­тов с искус­ствен­ны­ми уса­ми. Эти робо­ты при­го­ди­лись бы в усло­ви­ях пло­хой види­мо­сти, напри­мер при поис­ко­во-спа­са­тель­ных рабо­тах, когда очень дым­но и пыль­но. Кро­ме того, экс­пе­ри­мен­ты с эти­ми робо­та­ми поз­во­ля­ют понять, как живот­ные, вклю­чая чело­ве­ка, ком­би­ни­ру­ют дви­же­ние с ощу­ще­ни­ем, что­бы дей­ство­вать в этом мире осмыс­лен­но и эффек­тив­но.

Ната­лья Рез­ник

Ben Mitchinson, Robyn A. Grant, Kendra Arkley, Vladan Rankov, Igor Perkon and Tony J. Prescott «Active vibrissal sensing in rodents and Marsu-pials». Philosophical Transactions of the Royal Society B (2011), 366, 3037–3048, doi:10.1098/ rstb.2011.0156

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
1 Цепочка комментария
0 Ответы по цепочке
0 Подписки
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
1 Авторы комментариев
Valery Авторы недавних комментариев
  Подписаться  
Уведомление о
Valery
Valery

Если счи­тать, что виб­риссы – это пер­вые насто­я­щие воло­сы, кото­рые появи­лись у яще­ров, ещё не мле­ком пита­ю­щих и не теп­ло­кров­ных, то их роль, несо­мнен­но, очень важ­на в эво­лю­ции. Да и совре­мен­ным мел­ким зверь­кам – зем­ле­рой­кам, гры­зу­нам и мел­ким жищ­ным они помо­га­ют ори­ен­ти­ро­вать­ся, а ино­гда игра­ют и самую важ­ную роль, в ори­ен­ти­ро­ва­нии, напри­мер для обна­ру­же­ния точ­но­го место­по­ло­же­ния подвиж­ной добы­чи пло­то­яд­ным. В.К.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: