Atlikdami ilgalaikį kalnų viščiukų tyrimą, mokslininkai pirmą kartą parodė, kad yra genetinis komponentas, susijęs su labai specializuota mažų paukščių erdvine atmintimi ir kad paukščių atminties gebėjimų skirtumai buvo susiję su genetiniais skirtumais.
„Neseniai atlikti laukinių, laisvai gyvenančių kalnų viščiukų tyrimai šiaurinėje Siera Nevados kalnuose yra pirmasis tiesioginis natūralios atrankos įrodymas per diferencinį išgyvenimą, pagrįstą erdviniu mokymusi ir atminties gebėjimais“, – vyresnysis tyrimo autorius ir profesorius Vladimiras Pravosudovas. sakė Nevados universiteto Reno Biologijos katedra. „Palyginus šių paukščių genomus – nuo geriausio iki blogiausio, kai jie atlieka erdvinę pažinimo užduotį – atskleidė reikšmingas sąsajas su genais, susijusiais su neuronų augimu ir vystymusi bei hipokampo funkcija.
Kalnų viščiukai yra nemigruojantys paukščiai, besirenkantys maistą, kurie pasikliauja specializuota erdvine atmintimi, kad atgautų dešimtis tūkstančių sukauptų maisto produktų, išsibarsčiusių jų teritorijose atšiauriomis Siera žiemomis. Asmenys, turintys geresnius erdvinio mokymosi ir atminties gebėjimus, yra labiau linkę išgyventi pirmąją žiemą, palyginti su tais, kurių erdvinis pažinimas yra prastesnis.
Norėdami išbandyti erdvinę atmintį, Pravosudovas ir jo komanda sukūrė sudėtingas radijo dažnio identifikavimo sistemas aprūpintas šėryklas, kuriose kalnų viščiukai, surišti su unikaliomis pasyviojo integruoto atsakiklio (PIT) žymomis, turėjo rasti vieną tiektuvą iš aštuonių masyvo, kuris suteiktų jiems sėklą.
Lesyklėlės jutiklis nuskaito paukščio ID žymą ir, jei tai tinka tam asmeniui lesyklėlė, mechanizmas atidaro dureles ir paukštis gauna sėklą. RFID sistemos projektavimui ir kūrimui vadovavo bendraautoris Eli Bridge iš Oklahomos universiteto Ekologijos ir evoliucinės biologijos programos.
Tada mokslininkai stebėjo, kaip gerai paukščiai išmoko ir įsiminė jiems skirtą lesyklą, matuodami „klaidas“ arba nenaudingų lesyklų, kurias kiekvienas paukštis aplankė prieš apsilankydamas tinkamoje lesyklėlėje, skaičių per kelis bandymus.
„Tai efektyvi sistema, skirta šimtų laukinių jauniklių erdviniam mokymuisi ir atminčiai išbandyti natūralioje aplinkoje“, – sakė Pravosudovas. “Mes anksčiau parodėme, kad net labai maži veiklos svyravimai yra susiję su išgyvenimo skirtumais.”
Tada Colorado Boulderio universiteto Scotto Tayloro laboratorijoje buvo analizuojami viščiukų genomai, pasižymintys skirtingu erdviniu mokymusi ir atmintimi. Paukščiai, kuriems pavyko geriau atlikti užduotį, parodė savo genomų skirtumus, palyginti su paukščių, kuriems sekėsi prasčiau.
„Mes nustatėme reikšmingų daugelio genų skirtumų, susijusių su individualiais erdvinio mokymosi ir atminties skirtumais kalnų viščiukuose“, – sakė Pravosudovas. „Ypač įdomu yra tai, kad genetiniai skirtumai, kuriuos aptikome, buvo susiję su genais, susijusiais su hipokampo, smegenų regiono, susijusio su erdvine atmintimi, vystymusi ir funkcija. Šie tyrimo rezultatai nustato kandidatų genus, susijusius su erdvinio pažinimo skirtumais, ir suteikia kritinį ryšį, jungiantį individualius erdvinio pažinimo pokyčius su natūralia atranka.
Kitaip tariant, atrodo, kad atskiro paukščio genai kloja pažinimo pagrindą, ant kurio tas individas gali remtis mokydamasis ir patirdamas. Tai rodo, kad viščiukų erdvinis pažinimas gali būti nustatytas, bent jau iš dalies, ankstyvame vystymosi etape ir kad tai nėra tik išmoktas elgesys.
„Aplinka vis dar turi didelę reikšmę formuojant elgesį, tačiau mūsų darbas rodo, kad genai gali sukurti smegenų struktūras, o tada patirtis ir mokymasis gali būti papildomi“, – Carrie Branch, pagrindinė autorė ir mokslo daktarė. Kornelio ornitologijos laboratorija sakė.
Šiuo metu „Pravosudov’s“ yra vienintelė laboratorija pasaulyje, atliekanti sistemingus laukinių paukščių, gaudančių maistą, paukščių erdvinio mokymosi ir atminties tyrimus ekstremaliomis aplinkos sąlygomis.
„Šis straipsnis atsirado profesoriui Pravosudovui sukūrus kalnų viščiukų tyrimo sistemą – vieną iš svarbiausių, bene svarbiausių pasaulyje gyvūnų pažinimo laukinėje gamtoje tyrimų sistemos“, – sakė Biologijos katedros vedėjas Jackas Hayesas. . “Straipsnyje pateikiamas įdomus ryšys tarp fenotipinių ir genominių variacijų laukinėje gamtoje.”
Per trejus metus trukusių bandymų komanda atrinko 42 kalnų viščiukus – nuo geriausių iki prasčiausių atliekant erdvinio mokymosi ir atminties užduotį. Grupė, turinti geresnį erdvinį pažinimą, buvo susijusi su reikšmingu išgyvenimo pranašumu. Kiekvienai veiklos grupei buvo atrinkti paukščiai iš didelio ir žemo aukščio, kad būtų užtikrinta, jog stipriausias signalas tarp grupių buvo pažinimo kitimas, o ne aukščio koreliacija.
Norėdami suprasti ryšį tarp erdvinės atminties ir genetinės architektūros, Georgijus Semenovas ir Scottas Tayloras (taip pat vyresnysis šio straipsnio autorius) Kolorado-Boulderio universitete suskirstė ir išanalizavo kalnų viščiukų genomus, kurie skiriasi savo pažintinėmis savybėmis.
“Mes panaudojome du metodus, kad susietume genetinę variaciją su erdvine viščiukų atmintimi”, – sakė Semenovas. “Taikant tradicinį genomo masto metodą, palyginome genetinius individų duomenis – nuo tų, kurie gerai atliko erdvinio mokymosi ir atminties užduotį, iki tų, kurie prastai. Atlikome tą patį palyginimą su nauju mašininio mokymosi algoritmu.
“Abu metodai parodė šimtus skirtumų, susijusių su erdvine atmintimi. Daugelis genomų variacijų atsirado srityse, kurios, kaip žinoma, yra susijusios su mokymusi, atmintimi ir neuronų vystymusi smegenyse.”
Be Carrie Branch, Vladimiro Pravosudovo, Scotto Tayloro, Georgijaus Semenovo ir Eli Bridge, kiti šio straipsnio bendraautoriai buvo Dominique’as Wagneris iš Kolorado Boulderio universiteto, taip pat Benjaminas Sonnenbergas ir Angela Pitera, kurie yra Pravosudovo laboratorijos doktorantai. į Ekologijos, evoliucijos ir gamtosaugos biologijos studijų programa Nevados Reno universitete.
Išvados buvo paskelbtos žurnale Dabartinė biologija Lapkričio 3 d. Tyrimas atliktas bendradarbiaujant su Nevados universitetu Reno, Kolorado Boulderio universitetu, Kornelio ornitologijos laboratorija ir Oklahomos universitetu.
Pravosudovas yra Gyvūnų elgesio draugijos narys ir Amerikos ornitologų draugijos narys.
Šį tyrimą parėmė Nacionalinis mokslo fondas su dviem dotacijomis Nevados universitetui Reno (Vladimiras Pravosudovas) ir Kolorado Boulderio universitetui (Scott Taylor); ir Rose Postdoctoral Fellowship iš Kornelio Ornitologijos laboratorijos (Carrie Branch).
Visos su šiuo straipsniu pateiktos nuotraukos buvo padarytos Vladimiro Pravosudovo.