Есть ли у улитки мозг?

Улитки появились на нашей планете давно. Они приспособились обитать в различных средах и занимают в экосистемах определенные ниши. Но как удается брюхоногим моллюскам выживать в сложных условиях? Мозг – это важнейший орган, который определяет взаимоотношения организма и окружающей среды, позволяя адаптироваться к новым условиям и выискивать все новые способы выживания.

Класс брюхоногие прошел длительный путь эволюции, поэтому его представители несут генетический опыт выживания и передают его следующим поколениям. У них появились разнообразные приспособления к среде обитания. При этом животные демонстрируют различные биологические усовершенствования —  органы чувств, ногу для передвижения, структуры анализа информации и принятия решений (мозг, нервы, органы чувств). Нервная система  помогла им выжить в борьбе за существование и занять  нишу, в которой наиболее комфортно обитать.

Особенности нервной системы улиток

Виды класса брюхоногие имеют общие признаки строения нервной системы.

• централизация системы
• периферические нервы ответвляются от центрального отдела
• появление ганглий в продольных нервных стволах
• концентрация скоплений (ганглий) вокруг пищевода
• ганглии появились в ходе развития из эктодермы
• периферические элементы (в пищеварительной системе) появляются из энтодермы
• кожные и мышечные сплетения способны к осуществлению самостоятельных рефлексов
• усложняется строение органов чувств — щупальца (органы вкуса, обоняния).
• появляются особые структуры осфадии, статоцисты, глаза.

Тип нервной системы у улиток

Тип нервной системы у гастропод — разбросанно — узловая система. В ней преобладают ганглии (скопления нервных клеток) и коннективы, комиссуры (перемычки).

Каждая группа ганглиев выполняет определенную функцию:

• буккальные пары ганглиев иннервируют пищевод, глотку, желудок
• церебральные связаны со щупальцами, статоцистами, глазами
• педальные  ганглии регулируют движения ноги
• плевральные скопления клеток иннервируют мантию
• париетальные контролируют функции жабр и осфрадий
• висцеральные регулируют деятельность внутренних органов.
• у высших брюхоногих моллюсков скопление ганглиев находится возле глотки.

У гастропод самое большое скопление нервных клеток находится на переднем конце тела.

Настоящий головной мозг с основными отделами и спинной мозг у брюхоногих отсутствует, вместо него жизненные функции организма регулируют скопления клеток – ганглии.

Мозг улиток на службе у роботов

Есть ли у улитки мозг? Эффективный центр — это ганглии, только два нейрона имеют самое  большое значение в жизни: они отвечают за принятие сложных поведенческих реакций. Чтобы проверить  это предположение, ученые создали контакт нейронов и электродов. Один нейрон несет информацию о чувстве голода, второй нейрон передает информацию о наличии пищи. У моллюсков имеется двадцати тысяч нервных клеток. Но для осуществления действий по утолению голода и поиска пищи нужна активация только двух нейронов. Так организм экономит энергию и биологические ресурсы. Результаты опытов используются в робототехнике, когда для запуска сложных механизмов применяются простые алгоритмы. Значит, требуется минимум контактов для действий искусственного интеллекта.

Улитки умеют принимать решения

Улитки гораздо умнее, чем о них думают люди. Из наблюдений натуралистов следует, что наземные ахатины часто покидают помещение, если его не прикрыть крышкой. Проворная парочка домашних питомцев действует дружно, сбегая по ночам из контейнера, в который их поселили. Моллюски одновременно сталкивали крышку, которая под сильным натиском ахатин легко открывалась, только совместными усилиями они могли вырваться на свободу. После побега одна особь забиралась в цветочный горшок, но далеко от контейнера не уползала, а вторая беглянка находила дверь в коридор и выползала из комнаты. Каким образом ахатина находила верный путь? Все поведение контролирует «мозг», и хотя это всего лишь скопление нервных клеток, но животные за сотни миллионов лет с их помощью научились выживать и приспосабливаться.

Улитки обучаются

Улиткам приходится выживать в природе, поэтому за длительный период эволюции у гастропод появился ряд приспособлений к среде обитания. В неволе эти брюхоногие учатся полезным для обитания в аквариуме приемам.

Они могут находить дорожку к пище, где им дают корм, при этом щупальца направлены вверх, а глаза поворачиваются во все стороны. Но если они испытывают удар электрическим током, то чувствительные антенны втягиваются под раковину. Когда нет поощряющей поведение пищи и отсутствует электрический разряд, то улитки все равно демонстрируют защитную реакцию, на всякий случай прячут щупальца. «Мозг» проводит анализ поверхности и внешних условий, и полученную информацию сопоставляет с прежним опытом, потом следует нервный импульс к мышцам для выполнения биологических реакций. Для животных это сложный навык, который контролируется центром. Совершенствование мозга у брюхоногих в процессе эволюции привело к взаимодействию трех нервных структур: чувствительной, чтобы воспринимать окружающую среду, двигательной, чтобы реагировать и анализаторной, чтобы принимать верные решения.

Чем люди похожи на моллюсков

У умных животных нейроны образуют множество контактов между отделами мозга. Но все эти контакты должны работать, иначе связи разрушаются. Процессы, происходящие при контактах нейронов, изучил Эрик Кандел, работая с улитками. У человека слишком много  нейронов, около 86 миллиардов, поэтому такое количество затрудняет исследование. У аплизии их всего лишь несколько, поэтому изучить влияние на обучение и память гораздо легче. В ходе опыта Эрик Кандел установил, что кратковременная память связана с увеличением проводимости уже существующих синапсов. Долговременная память формируется во время образования  новых контактов между клетками. Эти выводы применимы и к человеку, нервные импульсы одинаково у всех организмов прокладывают пути в мозг.  Так нервные процессы, происходящие  у улиток, помогли понять сложные контакты, которые формируются в ЦНС человека.

Улиточные мозги

У представителей рода Helix ученые исследовали действие командных нейронов, отвечающих за поведение. Эти ведущие ганглии относятся к группе мультимодальных нейронов, связанных прямыми контактами с несколькими системами.

У другого представителя наземных легочных моллюсков, африканской ахатины, обнаружили гигантские нейроны, способные выполнять такие же функции, которые у человека регулируют отдельные зоны коры головного мозга. При изучении гигантских командных нейронов у хеликса, ученые выяснили, что нервные связи устанавливаются не только с мышцами мантии, но и с сердцем. Такая взаимосвязь позволяет небольшому количеству клеток регулировать работу, которую у высших организмов выполняют тысячи нервных структур. Повышается эффективность работы отдельных нейронов, но уменьшается адаптивность нервной системы.

Так за счёт особенностей строения мультимодальных нейронов улитки с разбросанно — узловой нервной системой показывают сложное поведение, используя несколько пар ганглиев.

Улитки – доноры нервной ткани

Уникальные эксперименты российских ученых по пересадке ганглиев улиток в мозг лабораторных крыс помогут в лечении  болезней, связанных с разрушением нейронов в мозге человека (болезни Альцгеймера и Паркинсона). С этой целью ученые проводят пересадку ганглиев гастропод в поврежденные участки центральной нервной системы крыс. Самая важная проблема при трансплантации — предотвратить отторжение пересаженных клеток, поскольку организм избавляется от чужеродных белков, запуская иммунные реакции. Улитки имеют слабую иммунную систему, поэтому с ними легче всего проводить исследования. Трансплантаты, взятые от пятидневных особей, великолепно приживаются и быстро разрастаются до 1.579 мм ², то есть увеличиваются в несколько раз.

Подопытные животные с врожденной эпилепсией чувствуют себя прекрасно, у них уменьшается длительность припадков или совсем исчезает судорожная активность. Трансплантат выделяет физиологически активные вещества, действие которых еще до сих пор не изучено полностью. Теперь ученые пытаются установить, как влияют пересаженные ганглии на поведение крыс. В перспективе эти научные исследования предполагают создание эффективной методики  для лечения тяжелых нарушений функций мозга человека. Изучая нервные процессы у брюхоногих, мы можем понять работу ЦНС человека. Это как в математике, применяя в вычислениях примитивный калькулятор, можно научиться работать с компьютером. У ПК – более сложный механизм, чем у калькулятора, но принцип действия одинаковый. Точно так же у животных, поняв сущность взаимодействия ганглиев, можно узнать, как действуют нейроны в мозге человека.

Улитки помогают исследовать память

Американские биологи из Калифорнии провели эксперимент по передаче долговременной памяти, используя ганглии моллюска аплизии или морского зайца. При проведении опыта улиток учили воспринимать угрозу для жизни, используя слабый разряд электрического тока. Брюхоногие моллюски реагировали на раздражение током сокращением мышц. Эксперимент повторили через день и установили, что при нанесении удара мышцы сокращаются быстрее на 50 секунд, чем у контрольной группы улиток, которая не прошла обучение. Продолжением исследований стала работа по пересадке РНК нервных клеток, несущих воспоминания об опасности новым улиткам.

В ходе эксперимента семь необученных особей реагировали на внешние раздражители так же, как и подопытные организмы, сокращая мускулатуру за 40 секунд. Во время выработки рефлекса действуют чувствительные нейроны, несущие определенные РНК. Опыт подтвердил предположения ученых, что нейроны отвечают за сохранение воспоминаний. В будущем предполагается использовать подобные РНК для восстановления памяти у людей, страдающих болезнью Альцгеймера.