Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Corvus Sapiens?

Доктор биологических наук Леонид Воронов, кандидат биологических наук Валерий Константинов, Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева (г. Чебоксары)

Вороны давно вошли в интеллектуальную элиту мира животных. Все знают знаменитую басню Эзопа про ворону и кувшин: птица не доставала клювом до воды и, чтобы напиться, стала бросать в кувшин камешки, пока вода не поднялась до нужного уровня. Но и по сей день мы продолжаем узнавать о новых способностях этих пернатых. Их ранг неуклонно повышается — сравнявшись с приматами, птицы семейства врановых достигли сообразительности маленьких детей. Впрочем, было бы не совсем правильно говорить, что они чего-то достигли — очевидно, врановые всегда отличались высоким интеллектом, просто у нас лишь сейчас дошли руки до изучения птичьих мозгов во всех подробностях их психологии и нейробиологии.

Серые вороны демонстрируют выдающиеся интеллектуальные способности в самых разных ситуациях. То они зимой найдут где-то алюминиевую крышку от кастрюли, сядут на неё и катаются с заснеженных крыш как на санках, то дразнят собак и кошек, хватая их за хвосты. Они размачивают хлебные корки в лужах, прячут продукты про запас и даже намеренно бросают под колёса автомобилей то, что не могут расклевать. Бывали случаи, когда вороны раскрывали молнию у хозяйственной сумки и вынимали провизию. Они немыслимым образом узнают людей «в лицо» независимо от одежды и легко отличают ружьё от палки. Вороны «сотрудничают» между собой при совместных авантюрах. Например, они «работают» в паре, воруя яйца из чужих гнёзд: одна ворона сгоняет птицу с гнезда, а другая подбирает яйца. Такое сложное поведение нуждается в объяснении.

В научном мире интерес к птичьему разуму возник, когда биологи и антропологи всерьёз задумались о происхождении человеческого интеллекта. Из ниоткуда так сразу интеллект появиться не мог (если, конечно, не допускать религиозных и паранаучных объяснений), у него должен быть какой-то фундамент в эволюционном прошлом. В первую очередь такой фундамент стали искать, конечно, у приматов. Но гораздо интереснее было попытаться найти когнитивные способности у птиц, которые эволюционно не так близки человеку, как обезьяны.

Долгое время одним из главных признаков высокого интеллекта, отличающего человека от всех прочих животных, считались манипуляции с орудиями труда. Но, как оказалось, птицы тоже могут использовать орудия труда, а также создавать и изменять их. Это умение наблюдали не только у врановых, но и у цапель и галапагосских дятловых вьюрков. Однако фаворитами зоопсихологов стали новокаледонские вóроны.

Что делает новокаледонский ворон, когда ему нужно достать, например, насекомое из какой-нибудь щели? Он выбирает на кусте кривую веточку, отламывает её клювом, обдирает с неё лишнюю кору и неровности, оставляя лишь сучок на одном из концов, и орудует получившимся крючком в местах, где может прятаться что-то вкусное. Исследователи из университета Сент-Эндрюс (Великобритания) обнаружили, что птицы ещё и оценивают качество получившегося инструмента. При этом они не выясняют методом проб и ошибок, каким концом прутика тыкать в щель и подходит ли вообще конкретный прутик для задачи, а как будто заранее представляют себе, как будет работать то или иное орудие труда, — и выбирают наиболее подходящее.

Одними лишь палочками и веточками новокаледонские вóроны не ограничиваются. Эксперименты зоологов из Оклендского университета (Новая Зеландия) показали, что эти птицы могут использовать в своих целях даже такой сложный и загадочный предмет, как зеркало. С помощью зеркала вóроны определяли, где находится кусочек мяса (саму пищу они не видели, только её отражение). Поглядев на отражение, пернатые понимали, куда нужно сунуть клюв, чтобы достать угощение, причём эксперименты ставили с дикими птицами, которые ещё не успели пожить рядом с человеком. Вообще, дикие животные очень редко способны понять, что отражение — это отражение. Умением разгадать «загадку зеркала» обладает малочисленная элита животного мира, в которую входят попугаи жако, некоторые приматы, дельфины и индийские слоны. Теперь к ним добавились ещё и вóроны.

Достижения новокаледонских воронов росли: та же команда зоологов из университета Окленда установила, что они способны к причинно-следственным умозаключениям. Суть эксперимента состояла в том, что птицам нужно было «срастить» в уме движение предмета и человека, который предметом манипулирует, причём непосредственно саму манипуляцию вóроны не видели. Проще говоря, пернатым предложили разгадать загадку кукольного театра: вот палка, вот человек, человек заходит за ширму, и палка начинает двигаться. И птицы действительно понимали, что есть невидимый «агент действия» (к слову, у детей аналогичная способность появляется к семимесячному возрасту).

Не стоит, однако, думать, что новокаледонские вóроны — единственные объекты такого рода исследований. В недавней работе японских зоологов из университета Уцуномии было показано, что большеклювые вороны могут сопоставлять числа и абстрактные символы с количеством еды. По числам и геометрическим фигурам на контейнерах с едой птицы распознавали, где её больше, а где меньше. Иными словами, пернатые осознавали числовые соотношения.

Ещё один пример сообразительности врановых — это их способность помнить своих друзей и врагов на протяжении нескольких лет. Причём социальная память у них не ограничивается особями того же вида: городские вороны, например, помнят голоса других птиц и людей. Примеры сообразительности врановых можно множить и множить, но откуда такая сообразительность у них берётся? Вопрос этот, как легко понять, нейробиологический, и чтобы ответить на него, мы должны заглянуть в птичий мозг.

Надо сказать, что до недавнего времени психику птиц традиционно недооценивали, и не только из-за небольшого размера их мозга, но и из-за специфики его строения. Мозг птиц лишён шестислойной новой коры (которая есть у млекопитающих), и эволюция его шла за счёт преобразования ядер стриатума, или полосатого тела.

Стриатум древнее коры, и функции его проще, чем у неё, поэтому центральную нервную систему птиц воспринимали как примитивную структуру, не предназначенную для осуществления высших когнитивных функций, которые выполняет новая кора млекопитающих.

Со временем, однако, точка зрения на птичий мозг стала меняться, — он оказался сложнее, чем думали. Для того чтобы разобраться в достаточно сложном его устройстве, необходимо знать некоторые детали. Мозг птиц включает несколько полей с определёнными функциями. Каждое поле состоит из структурных компонентов — глии, нейронов и нейроглиальных комплексов. Нейрон, как известно, информацию передаёт, глия ему помогает, а нейроглиальный комплекс, по-видимому, информацию анализирует, как это делают клеточные колонки коры млекопитающих. (Колонка — это группа нейронов, расположенная в неокортексе головного мозга перпендикулярно его поверхности, объединяющая нервные клетки разных слоёв коры.)

В целом прогресс мозга позвоночных, по формулировке известного российского биолога Леонида Викторовича Крушинского, сопровождается возрастанием двух связанных между собой качеств — структурной дискретности и функциональной и структурной избыточности. Было установлено, что, несмотря на различия в пространственной организации нейронных сетей стриатума птиц и новой коры млекопитающих, их становление и развитие в эволюции определяются одними и теми же морфологическими закономерностями. Прогресс центральной нервной системы высших позвоночных животных сопровождали ключевые изменения. Во-первых, увеличивалось общее число нейронов, клеточных популяций и переходных форм между ними; во-вторых, возрастали все виды тканевого и клеточного полиморфизма в пределах каждого типа нейронных сетей; в-третьих, формировались модули — сложные надклеточные структурно-функциональные единицы обработки информации.

Исследования, проведённые нами на кафедре биологии Чувашского государст-венного педагогического университета им. И. Я. Яковлева, позволили дополнить эти критерии. Оказалось, что с прогрессом в развитии мозга птиц связаны также степень его асимметрии и закономерности взаиморасположения (степень агрегации) его клеточных и надклеточных структурных компонентов.

Есть ли у врановых какие-то особенности, отличающие их мозг от других птиц? Для этого ворону нужно с кем-то сравнить — например, с голубем. Голуби действительно не отличаются большой сообразительностью, и многочисленные работы профессора Зои Александровны Зориной и её коллег с биологического факультета МГУ позволили в деталях выяснить, в чём именно голуби глупее ворон. Серые вороны способны оценивать величину множеств и хранить такую математическую информацию не только в конкретных образах, но и в обобщённой, отвлечённой форме, которую птицы могут связать, например, с арабскими цифрами; они могут видеть аналогии в форме объектов, не обращая внимания на цвет этих объектов. То есть птицы как бы представляют отдельный признак «в уме», без привязки к конкретному предмету. Голуби такой процедуре научаются гораздо медленнее. Кроме того, установка на обучение у голубей практически не формируется, тогда как у врановых она появляется достаточно быстро и на основе оптимальной стратегии. Очевидно, что различие в когнитивных способностях объясняется различиями в строении мозга птиц этих двух видов.

Нам удалось выяснить, что у вороны в мозге в два раза больше нейронов, чем у голубя, и в два раза выше их удельная плотность. При этом нейроны и глия в мозге у вороны мельче, а нейроглиальные комплексы крупнее, чем у голубя.

Чтобы глубже разобраться в специфике птичьего мозга, в исследование включили ещё и вьюрковых (Fringillidae). Эти птицы способны к сложным манипуляциям при добывании семян из шишек различных видов хвойных деревьев. Например, сотрудники лаборатории З. А. Зориной установили, что клесты-еловики (которые относятся к вьюрковым), как и вороны, способны к обобщению — одному из важнейших компонентов рассудочной деятельности.

Эффективность мозговой деятельности определяется не только числом и площадью нейронов, глии и нейроглиальных комплексов, но и их расположением в пространстве, от которого зависит способность нейронов «переговариваться» между собой. Взаимное расположение клеток мозга можно охарактеризовать с помощью расстояния между произвольной парой наиболее близких клеток. Средние расстояния между клетками образуют так называемую матрицу близости клеток, свою для каждого изучаемого поля мозга. Такая матрица служит удобным инструментом оценки структурированности мозга. С её помощью нам удалось установить, что взаимная близость (агрегация) нейронов и нейроглиальных комплексов у вороны намного больше, чем у птиц семейства вьюрковых. То есть у ворон структурные компоненты мозга расположены ближе друг к другу, что ускоряет и оптимизирует работу нервных цепочек. Улучшение работы нейронов и нейроглиальных комплексов могло произойти за счёт того, что у нервных клеток увеличилась степень ветвления — у них начало образовываться больше дендритов, а это, в свою очередь, стало возможно за счёт уменьшения площади сомы (тела клетки).

Итак, своей исключительной сообразительностью вороны обязаны особенностям нейронной архитектуры. Но всё же птицы, в том числе и врановые, заметно уступают млекопитающим по общему числу нейронов. Если в мозге вороны 660 млн нейронов, то у зверей их число измеряется десятками миллиардов. Что же позволяет врановым решать задачи наравне с некоторыми приматами? Дело в том, что у млекопитающих в эволюционном ряду плотность клеточных элементов уменьшается, а у птиц она увеличивается, в том числе и за счёт объединения одиночных нейронов и глии в вышеупомянутые нейроглиальные комплексы. Видимо, в связи с обретением способности птиц к полёту при необходимости, с одной стороны, максимального облегчения общей массы, а с другой — ускорения движений в их мозге произошла кардинальная оптимизация механизмов обработки информации. Это потребовало иного структурно-клеточного решения: вместо колончатой структуры, характерной для млекопитающих, у птиц развились шаровидные комплексы клеток. Эти комплексы стали важнейшими структурно-функциональными единицами мозга птиц, по эффективности не уступающими нейронным колонкам в мозге зверей.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Вести из институтов»

Детальное описание иллюстрации

● Мозг птиц можно разбить на несколько полей с определёнными функциями: Hp (Hippocampus): долговременная память; На (Hyperpallium apicale): высшая нервная деятельность, бинокулярное зрение; Hd (Hyperpallium densocellulare): высшая нервная деятельность, зрение, манипуляционные способности в кормовом поведении; M (Mesopallium): зрительно-двигательная активность, птенцовый импринтинг, обоняние; N (Nidopallium): слух (вторичные слуховые ядра), вокализация, тактильная информация из орального региона, поддержание пищевого поведения (контроль клевания), обработка третичной зрительной информации; StL (Striatum laterale): слух (первичные слуховые ядра), тактильная и пространственная ориентация, память, видоспецифическое поведение; Gp (Globus pallidus): инстинкты, половое поведение; A (Arcopallium): агрессия, зрение, пение и дыхание.
● Для характеристики взаимного расположения клеток мозга используют случайную величину — расстояние между произвольной парой наиболее близких клеток. Для расположения клеток двух разных типов, показанного на рисунке справа, ближайшими соседними парами будут A1 — B1 и A3 — B3. С помощью специально разработанной программы удалось рассчитать индексы ближайшего соседа для пар: глия—нейрон, глия—комплекс, нейрон—комплекс.