Пчелы и коммивояжеры: Размер не имеет значения
Пчелы с их крохотным мозгом способны находить решение сложнейшей математической задачи, на которую суперкомпьютеры могут тратить не один день.
Речь идет о классической проблеме комбинаторики, известной «Задаче коммивояжера», которая заключается в поиске кратчайшего маршрута, проходящего определенные города, и возврате в исходную точку. Легко понять, что это весьма насущная проблема, и для решения ее используют как простой перебор, так и весьма изощренные алгоритмы – и мощь крупнейших суперкомпьютеров. Тем удивительней, что пчелы умудряются справляться с нею притом, что головной мозг этих насекомых по объему не превышает крохотное зернышко.
Один из авторов исследования, профессор Ларс Читтка (Lars Chittka) поясняет: «В природе пчелам приходится перемещаться между сотнями цветков, выстраивая кратчайший, быстрейший и наиболее экономный маршрут, и затем возвращаться в улей. Крайне нетривиальная задача для существа с мозгом размерами не более булавочной головки! В самом деле, эта классическая “задача коммивояжера” способна на целые дни занять машинное время суперкомпьютера. Исследование того, как с ней справляются пчелы, позволит нам установить минимальные размеры нейронной сети, способной решать сложные задачи».
Ученые использовали установленные в лаборатории искусственные ароматные «цветки» и следили, каким путем пчелы будут перелетать с одного на другой. Возможно, каждый раз выбирая тот, что ближе; возможно, в том порядке, в котором они их впервые обнаружили… Однако оказалось, что после того, как все цветки были пчелой локализованы, они впредь выстраивали и использовали оптимальный маршрут, наикратчайший по общей длине, с учетом возвращения домой.
Один из соавторов исследования добавляет: «Принято считать, что у низшие животные с их миниатюрными мозгами представляют собой простые автоматы, реагирующие “в лоб” и чисто рефлекторно. Но оказывается, что пчелы обладают весьма развитыми способностями, несмотря на ограниченное число нейронов, которыми обходятся».
К слову, это не первый случай, когда исследования показывают, что масса и размеры мозга – вовсе не главное. Вспомним хотя бы развенчание огромного мозга любимых морских млекопитающих – «Такие неразумные дельфины».
По пресс-релизу Queen Mary University of London
Вкусовые рецепторы – точно такие же, какие работают у нас во рту – обнаружены… в легких и бронхах.
«Обнаружение вкусовых рецепторов, действующих на гладких мышцах бронхов и легких, стало такой неожиданностью, что мы сами не сразу уверились в точности полученного нами результата», - делится глава группы исследователей Стивен Лиггетт (Stephen Liggett). По его словам, находка была сделана почти случайно, в ходе работы, посвященной изучению действующих в дыхательной системе рецепторов, регулирующих сокращение ее мускулатуры и, следовательно, поток воздуха. Именно их спазм у астматических больных приводит к приступам жестокого удушья.
Интересно, что вкусовые рецепторы в легких – точно такие же, как и на языке. Правда, если на языке они сгруппированы во вкусовые сосочки и передают сигнал в мозг, то в легких они распределены поодиночке и с мозгом непосредственно не связаны. Общим остается главное – реакция на химический раздражитель, создающий ощущение горького вкуса.
Стоит сказать, что большинство природных растительных ядов имеют именно горький вкус. Это позволило ученым сразу же предположить, что рецепторы горького вкуса в дыхательных путях имеют ту же базовую функцию, что и в ротовой полости – предупреждение о возможной токсичности. В ответ на этот стимул они активируют мускулатуру, сжимающую легкие, вызывают кашель, позволяя избежать отравления. Однако экспериментальная проверка заставила отказаться от этой идеи.
В самом деле, рецепторы горького вкуса активируют тысячи соединений, далеко не все из которых токсичны (в разумных дозах). Они реагируют на массу искусственных и естественных компонентов, в том числе входящих в состав овощей и ягод.
Опробовав в эксперименте воздействие некоторых обычных горьких соединений, активирующих эти рецепторы (к примеру, хинина и хлорохина), ученые пришли к выводу, что эффект их оказывается противоположным, нежели изначально ожидалось. Вместо того, чтобы сужать воздухоносные пути, вызывать спазмы и кашель, они, напротив, вызывали их раскрытие и более сильную вентиляцию. Эффект был даже более интенсивным, нежели у самых современных противоастматических препаратов, призванных действовать таким же образом. Возможно, это позволит создать новые, более «продвинутые» средства для купирования приступов астмы – те, которые могли бы воздействовать именно на вкусовые рецепторы легких и бронхов.
Те же хинин и хлорохин уже используются в медицине, хотя и для лечения совершенно других заболеваний – скажем, малярии. Но эксперименты, проведенные группой Лиггетта на мышах, показали, что они отлично снимают спазм гладкой мускулатуры и расширяют воздухоносные пути. Возможно, эти классические горькие вещества станут и отличным средством для астматиков. К слову, ученые предупреждают, что просто поедание горькой пищи к подобному эффекту не приведет. Потребуется вдыхание соответствующих субстанций – т.е. ингаляция.
Еще один интересный результат, обнаруженный учеными, состоит в том, что на вкусовые рецепторы легких точно такое же воздействие имеет кальций. Интрига тут в том, что повышение количества кальция на гладкие мышцы обычно оказывает ровно обратный эффект – заставляет их сокращаться. Однако если при этом он активирует в дыхательных путях и вкусовые рецепторы, мускулатура их в итоге расслабляется.
Кое-что особенно интересное о наших органах и рецепторах вкуса можно найти в статье о специях и основах их странных эффектов: «Почем фунт перца».
По пресс-релизу University of Maryland School of Medicine
