Хотя змеи и ящерицы принадлежат к одному отряду чешуйчатых, они отличаются очевидным аспектом: у змей нет конечностей. Ученые изучили генетические изменения, которые привели к этой разнице, и проанализировали деградацию глаз у некоторых подземных животных.

«Наша работа состояла из изучения геномов нескольких видов позвоночных, включая идентификацию геномных областей, которые изменились только у змей или подземных млекопитающих, оставаясь неизменными у других видов, которые не потеряли конечностей или не имеют нормальных глаз», — уточняет руководитель исследовательской группы Джулиана Гуссон Россито (Juliana Gusson Roscito). Само исследование сотрудников Института молекулярной клеточной биологии и генетики имени Макса Планка в Дрездене (Германия) опубликовано в журнале Nature Communications.

По мнению ученых, млекопитающие с деградировавшими зрительными системами, по-видимому, выделяют из геномов определенные гены — как правило те, которые связаны с образованием хрусталика и фоторецепторных клеток в глазах. Вероятнее всего, этот процесс был постепенным, и, в конце концов, эти гены полностью потеряли способность кодировать белки. Однако, по мнению Россито, этого не случилось со змеями, которые не потеряли гены, связанные с формированием конечностей.

«Чтобы быть более точным, наше исследование, которое секвенировало геном змеи, действительно обнаружило потерю одного гена, но только одного. Следовательно, подход, который мы выбрали, состоял в изучении не генов, а элементов, которые регулируют их экспрессию», — добавляет она.

Экспрессия гена — независимо от того, «активен» ген или нет — зависит от регуляторных элементов, которые находятся за пределами самого гена. Они в основном пропускают или блокируют информацию внутри гена, которая транскрибируется в РНК и затем переносится для генерации белка. Этот процесс контролируется цис-регуляторными элементами (cis-regulatory elements, CRE) — последовательностями нуклеотидов в ДНК, расположенными рядом с генами, которые они регулируют. Эти CRE могут значительно изменить функциональность генома с помощью генов, которые они блокируют или активируют.

«Регуляторный элемент может активировать или ингибировать экспрессию гена в определенной части организма, например в конечностях, в то время как другой регуляторный элемент может активировать или ингибировать экспрессию того же гена в другой части тела. Если ген потерян, он перестает экспрессироваться в обоих местах и часто может негативно влиять на формирование организма. Однако, если потерян только один из регуляторных элементов, выражение может исчезнуть в одной части, при этом сохранившись в другой», — объясняет Россито.

Тем не менее точно определить CRE довольно сложно. Все гены следуют определенной структурной схеме, имея пары оснований на каждом конце гена, поэтому их легко разграничить. CRE должны быть определены косвенно, обычно путем сравнения последовательностей ДНК из разных видов. Именно это и сделала команда ученых: они сравнили геномы змей с генами различных рептилий и позвоночных, у которых есть конечности. По словам специалистов, поскольку «геномных последовательностей для рептилий с хорошо развитыми конечностями мало», они самостоятельно и впервые секвенировали геном аргентинского черно-белого тегу (Salvator merianae).

Используя этот геном в качестве примера, команда рассмотрела геномы и нескольких других видов: двух змей (удава и питона), трех других пресмыкающихся, трех птиц, аллигатора, трех черепах, 14 млекопитающих и рыбы отряда целакантообразных (Coelacanthiformes). Имея пять тысяч возможных кандидатов в регуляторные элементы в ДНК этих видов, команда изучила геномы нескольких видов змей. Им удалось сузить поиск до набора CRE, мутация которых могла привести к исчезновению конечностей у этих пресмыкающихся.

Россито отмечает, что найденный CRE — лишь один из регуляторных элементов для одного из нескольких генов, которые контролируют формирование конечностей. В своей работе ученые значительно расширили этот набор, показав, что некоторые другие элементы, ответственные за регулирование многих генов, мутировали у змей.

Источник: PaleoNews

Приспосабливаясь к жизни на глубоководье, некоторые акулы «потеряли» многие обонятельные рецепторы, а также большинство светочувствительных рецепторов, и полностью или почти полностью утратили способность к цветному зрению, сообщается в Nature Ecology&Evolution. К такому выводу пришли японские ученые, которые отсеквенировали геномыкоричневополосой кошачьей (Chiloscyllium punctatum) и японской кошачьей акул (Scyliorhinustorazame), и заново собрали геном китовой акулы (Rhincodon typus). Кроме того, оказалось, что гены гормонов, регулирующих гомеостаз и репродукцию у млекопитающих, есть у акул и, повидимому, они появились еще у предка челюстноротых животных.

Молодая коричневополосая кошачья акула (Chiloscyllium punctatum). Steve ChildsУ хрящевых рыб, к которым относятся акулы, как следует из названия скелет состоит из хрящей. У них нет плавательного пузыря и поэтому, чтобы не утонуть, хрящевые рыбы должны постоянно находиться в движении. Для многих из них характерно живорождение, но при этом эмбрионы в утробе матери развиваются в яйце. Но у некоторых хрящевых рыб, в том числе у акул, образуется плацента, похожая на плаценту млекопитающих.

Хрящевые рыбы появились как минимум 395 миллионов лет назад, в девонский период. Позднее они разделились на пластиножаберных, к которым относятся акулы и скаты, и цельноголовых. В этот подкласс входят химерообразные. Несколько лет назад генетики отсеквенировали геном одной из химер — австралийского каллоринха — и в дальнейшем использовали его для молекулярных исследований, как репрезентацию генома хрящевых рыб. Попытки собрать геном кого-то из пластиножаберных тоже были, но пока не слишком удачные.

Поэтому японские генетики под руководством Шигехиро Кураку (Shigehiro Kuraku) из японского Института физико-химических исследований отсеквенировали геномы двух видов акул, коричневополосой кошачьей (Chiloscyllium punctatum) и японской кошачьей (Scyliorhinustorazame) с 45- и 68-кратным покрытием, соответственно, и заново собрали геном китовой акулы (Rhincodon typus) с 44-кратным покрытием.

У всех акул оказались довольно большие геномы — 4,7 и 6,7 миллиардов пар нуклеотидов у коричневополосой кошачьей и японской кошачьей акул, соответственно, и 3,8 миллиарда пар оснований у китовой акулы. Исследователи обнаружили в геномах довольно большое количество «мусорной» ДНК (участков генома, функции которых еще неизвестны) и, по сравнению с другими позвоночными, более «разреженное» распределение генов и регуляторных элементов. Также исследователи обнаружили, что молекулярная эволюция акул шла медленнее, чем у лучеперых рыб.

Сравнивая геномы акул и других позвоночных, авторы статьи выяснили, что у акул уже присутствуют гены гормонов, регулирующих гомеостаз и репродуктивные функции у млекопитающих. По мнению исследователей, это свидетельствует о том, что эти гены были еще у предка челюстноротых животных. Также оказалось, что у японской кошачьей акулы из светочувствительных рецепторов остались только родопсины, позволяющие видеть в темноте. Эти рыбы могут жить на глубине до 300 метров, и, по-видимому, так они приспособились к плохой видимости на глубоководье. У китовых и коричневополосых кошачьих акул сохранились еще опсины, чувствительные в красном диапазоне спектра. Кроме того, все три вида потеряли большую часть обонятельных рецепторов. Возможно, это говорит о том, что акулы чувствуют запахи, задействуя еще неизвестный механизм.

Источник: PaleoNews

Ученые выяснили, что цветы становятся привлекательными для пчел благодаря наноструктурам на поверхности лепестков, которые создают вокруг них особое голубое сияние. Сам же цвет лепестка при этом не так важен.

К такому выводу пришли британские специалисты из Кембриджского университета, чья статья опубликована в свежем выпуске журнала Nature.

Многие уверены, что пчелы и шмели узнают цветы благодаря их яркой окраске. Однако исследования по физиологии зрения этих насекомых показали, что пчелиные фоторецепторы реагируют только на голубой цвет. Но голубой пигмент выработать не так-то просто, и зачастую растения, опыляемые пчелами, имеют цветы иной окраски. Как же в этом случае растениям удается привлекать пчел?

Исследователи выяснили, что всё дело в структурном цвете, который дополняет основной цвет, создаваемый пигментами. Последний строится на избирательном поглощении световых волн: красные лепестки кажутся нам красными, поскольку их пигменты поглощают весь спектр света, за исключением красного. А вот структурный цвет строится на отражении, когда благодаря особенностям поверхности падающий на нее свет отражается в определенной части спектра.

Изучив цветки 12 видов растений, относящихся к неродственным группам и имеющих разную окраску, авторы статьи обнаружили у них одну и ту же особенность. А именно, наноструктуры на поверхности их лепестков, состоящие из выростов кутикулы растительных клеток, расположены неупорядоченным образом. Благодаря этой неупорядоченности лепестки приобретают структурную голубую окраску: когда свет падает на них под определенным углом, вокруг создается голубое гало.

Человеческий глаз способен заметить голубоватое гало только на темном фоне (например, коричневатые основания лепестков урсинии или тюльпана отливают голубым). Однако пчелы, как показал эксперимент, видят голубое сияние и на светлом фоне. Ученые изготовили искусственные коричневые и желтые цветы с наноструктурами, создающими голубое сияние в дополнение к основному цвету, и, как оказалось, наличие таких наноструктур является дополнительным стимулом для насекомых.

«Мы не можем отличить желтый цветок, имеющий голубое гало, от желтого цветка, который его лишен, а вот пчелы способны делать это», -- пояснила Эдвиж Мойроуд, соавтор статьи. По словам ученых, именно голубое гало вокруг лепестков, невидимое для людей – вот самый главный ориентир, на который обращают внимание пчелы. Форма же и основной цвет лепестков служат лишь дополнительными указателями.

Источник: infox.ru

Бабочки-геликонии обладают уникальной системы зрения, работающей совершенно по-разному в организме самцов и самок, причины чего пока не ясны, заявляют генетики в статье, опубликованной в журнале Molecular Biology & Evolution.

Бабочека-геликония Heliconius erato"Мы только сейчас начинаем понимать, что самцы и самки геликоний могут видеть мир совершенно другими глазами. То, какие цвета предпочитают опылители, очень сильно влияет на эволюцию цветов —  насекомые просто не будут посещать те соцветия, чей цвет им не нравится. Поэтому их окраска может меняться вместе с предпочтениями насекомых. Теперь выясняется, что на них могут влиять и половые различия в зрении бабочек", — заявила Адриана Бриско (Adriana Briscoe) из университета Калифорнии в Ирвине (США).

В последние годы ученые активно изучают то, как "общаются " цветковые растения и их опылители – бабочки, пчелы и другие насекомые. Изучение принципов их "диалога", как сегодня считают биологи, поможет нам понять, как возникли современные растения  и найти способы спасения пчел и других критически важных насекомых от вымирания, которое им угрожает из-за изменения климата, а также распространения вирусов и паразитов клещами Varroa.

Эти исследования уже привели к нескольким необычным и интересным результатам. К примеру, в прошлом году ученые обнаружили, что пчелы умеют "видеть" электрические поля и пользуются этим для оценки качества нектара в цветах, а некоторые цветы научились обманывать насекомых, приманивая плотоядных мушек запахом умирающей пчелы.

Бриско и ее коллеги открыли еще одну необычную черту взаимоотношений насекомых и растений, изучая геномы бабочек-геликоний вида Heliconius erato. Эти насекомые, как рассказывают ученые, живут в тропиках Южной Америки и их можно легко заметить по яркой черно-красной окраске их крыльев, и необычным "шипастым" гусеницам. Их взрослые особи живут необычно долго, несколько месяцев, что делает их особенно ценными опылителями.

Эти бабочки, с точки зрения генетики, являются обладателями уникального "ноу-хау" для мира животных – в их глазах содержится  не один, а два типа светочувствительных рецепторов, при помощи которых они видят лучи ультрафиолета. Подобное умение, как считали эволюционисты, играет важную роль в жизни бабочек и их общении друг с другом, так как их крылья покрыты необычным пигментом, который можно увидеть только в ультрафиолете.

Как оказалось, не все так просто – пытаясь понять, как возникли эти гены, ученые обнаружили, что их работа различается в организме самок и самцов. У самцов, по пока не понятным причинам, ген UV1, отвечающий за распознавание "мягкого" ультрафиолета, не работает вообще, из-за чего их зрение должно кардинальным образом отличаться от того, как видят мир самки. Фактически, как отмечают ученые, это первый пример того, как различия между полами могут отражаться на зрении самцов и самок.

Почему это так, ученые пока не знают, но они предполагают, что причины этого кроются в особенностях полового поведения этих бабочек. Отсутствие гена UV1, "общего" для всех геликоний, может помогать самцам отличать самок своего вида от родственных им бабочек, часто маскирующихся под Heliconius erato, ориентируясь на ультрафиолетовое свечение пигмента их крыльев, "невидимое" для глаз других бабочек. 

Подобные различия, как считают ученые, могут быть характерны и для других бабочек и прочих опылителей. Их, по мнению Бриско и ее коллег, следует учитывать при реализации различных экологических мер по разведению опылителей и их спасению в дикой природе.

Источник: РИА Новости

Обычные лягушки и жабы умеют различать цвета в полной темноте и сохраняют эту способность даже в тех условиях, когда человек вообще ничего не видит, заявляют российские и шведские ученые в статье, опубликованной в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B.

"Удивительно, что эти земноводные не теряют способности различать цвета даже в кромешной темноте и при этом не теряют остроты зрения. Подобные результаты наблюдений были совершенно неожиданными для нас", — заявил Альмут Келбер (Almut Kelber) из университета Лунда (Швеция).

Глаза людей и многих других млекопитающих содержат в себе два типа светочувствительных клеток – колбочки и палочки. Колбочки позволяют нам различать цвета, но при этом они работают только при достаточно высокой освещенности, а палочки – позволяют видеть силуэты предметов при тусклом свете звезд или Луны.

Как показывают эксперименты последних лет, число различных типов колбочек и их функции заметно отличаются у разных групп и даже родов животных – к примеру, человек обладает тремя видами колбочек, а некоторые виды птиц и рептилий – четырьмя типами, один из которых позволяет им видеть ультрафиолетовое излучение. Другие животные, к примеру, раки-богомолы, обладают еще более экзотической системой зрения, содержащей в себе 12 разных фоторецепторов, каждый из которых различает определенный цвет.

Келбер и его коллеги, в том числе россиянин Сергей Кондрашев из Института биологии моря ДВО РАН во Владивостоке, изучали еще одну странность, связанную с устройством глаз. По каким-то причинам многие виды лягушек, жаб и других земноводных обладают не одним, а двумя типами палочек, и почти не обладают колбочками. Таких палочек нет ни у одного другого вида позвоночных животных, и шведские биологи решили выяснить, для чего они нужны амфибиям.

Первые эксперименты с этими структурами показали, что они реагируют на свет с разной силой, что заставило авторов открытия предположить, что они могут играть ту же роль, как и колбочки в глазах человека, обладающие разной чувствительностью к коротким и длинным волнам света. Как объясняют ученые, наш мозг сравнивает сигналы от таких колбочек и вычисляет цвет того или иного предмета по разнице в их "показаниях".

Команда Келбера проверила эту гипотезу, поместив несколько обычных жаб (Bufo bufo) и травяных лягушек (Rana temporaria) в темную клетку и попытавшись заставить их исполнить одну из трех главных задач, которые они решают в дикой природе – поиск партнера для спаривания, добыча еды и навигация внутри темного логова или леса.

К большому удивлению ученых, лягушки продолжали различать цвета и умели ориентироваться по ним при поисках выхода из норы даже в тех случаях, когда уровень освещения был более чем в 10 раз ниже, чем минимально допустимая яркость света для глаз человека, когда люди уже почти ничего не видят.

При более низкой освещенности лягушки теряли цветное зрение, но продолжали видеть мир в монохромной гамме. Это умение стало более удивительным тогда, когда ученые проанализировали данные и обнаружили, что глаза лягушек обладали чувствительностью света, почти равной теоретическому максимуму.

Что интересно, лягушки использовали это "супер-зрение" не во всех ситуациях – они всегда использовали его при навигации внутри клетки, но быстро отказывались от его использования при поиске самок. При добыче еды  наблюдалась некая промежуточная ситуация – лягушки переключались на монохромное зрение при почти полном отсутствии света, но в остальных случаях использовали цветное зрение. Почему так происходит, ученые пока не знают, но планируют выяснить в ходе следующих экспериментов.

Источник: РИА Новости

Аманда Мелин (Amanda Melin) из Университета Калгари рассказала на очередной заседании Американского общества содействия распространению науки, что трихроматическое зрение — способность видеть мир в красном, синем и зеленом диапазонах — развилось благодаря преимуществам в области поиска подходящих фруктов. Ее натурные наблюдения показали, что приматы с такой способностью находят еду заметно быстрее, чем их собратья с дихроматическим зрением. Об этом рассказывает Science.

Известно, что среди млекопитающих приматы выделяются уникальной способностью — видеть мир в трех цветах, потому что только у приматов есть три типа колбочек в глазах, а не два, как у всех остальных. Благодаря этому мы видит то, что считается стандартным спектром (помните — «каждый охотник желает знать где сидит фазан»?).

Традиционно развитие трихроматического зрения у приматов объясняют тем, что это позволяло эффективнее находить фрукты на фоне по большей части зеленого леса. Благодаря особенности резус-макак, у которых из-за генетических вариаций некоторые самки имеют три вида колбочек в глазу, а некоторые только два, имеется возможность проверить состоятельность этой гипотезы.

Ранее ученые наблюдали только за самками резус-макак, живущими в неволе, но попытки проверить, верно ли это для диких особей затруднялось тем, что их трудно найти, во-первых, и, во-вторых, иерархическое строение их общества, где положение зависит от возраста и, так сказать, ранга, в значительной степени определяет, кто когда ест — что усложняет аккуратную постановку эксперимента.

И вот, Аманда Мелин сообщила, что сделала более 20 тысяч отдельных наблюдений за 80 разными приматами, искавшими еду на 30 видах деревьев в Пуэрто-Рико. По итогам анализа она пришла к уверенности, что дикие самки обезьян, способных различать три цвета, находят и съедают фрукты быстрее, чем обезьяны, различающие только два. Этот факт стал серьезным аргументом в пользу гипотезы, что это преимущество стало одной из движущих сил развития этой способности у людей и других приматов.

 Источник: Научная Россия

Исследователь Джейсон Прентис (Jason Prentice) из Принстонского университета в Нью-Джерси (США) и его коллеги выяснили, что нейроны человеческого глаза обладают естественной способностью корректировать ошибки в сборном сигнале, который они посылают в мозг. Результаты исследования опубликованы в журнале PLOS Computational Biology, а их популярное изложение представляет пресс-релиз Принстонского университета.

Активность в популяции 152 ганглиозных клеток сетчатки в ответ на просматривание видео клипаПредыдущие исследования ученых показали, что группы нейронов во всей нервной системе человека передают в мозг сигналы сообща. Сигнал в «коллективных» каналах несет информацию, которая отличается от того, который собирается каждым отдельным нейроном по отдельности. Однако детали такой групповой работы нейронов еще недостаточно исследованы.

Доктор Прентис и его коллеги сосредоточились на ганглиозных клетках сетчатки глаза человека. Эти нейроны, находящиеся в задней части глаза, собирают информацию из других клеток и передают ее в мозг. При этом сразу несколько ганглиозных клеток сетчатки могут контролировать одну и ту же область. Исследователи предположили, что такая избыточность может служить исправлению ошибок.

В эксперименте ученые использовали визуальные стимулы, активизирующие группы около 150 ганглиозных клеток сетчатки с перекрытием зрительных областей, и зафиксировали результат. Они использовали эти данные для построения математической модели, описывающей работу ганглиозных клеток по анализу и формированию сигнала.

Модель показала, что внешние сигналы чаще активизируют «коллективную» работу ретинальных ганглиозных нейронов, чем сигналы от отдельных клеток. Это говорит о том, что совместная деятельность позволяет корректировать ошибки и приводит к передаче более точной визуальной информации, подавляя фоновый шум, привносимый нерегулярной активностью отдельных клеток.

Новая модель точнее описывает этот участок нервной системы человека, по сравнению с моделями, разработанными для изучения коллективной сигнализации нейронной сети ранее. Она не только наводит на новые идеи о характере работы ретинальной ганглии, но также может применяться для изучения нейронных кодов в остальной части человеческого мозга, говорит исследователь Майкл Берри (Michael Berry), один из авторов исследования.

Источник: Научная Россия

Хендзин Рю (Heungjin Ryu) из Института изучения приматов университета Киото (Япония) и его коллеги установили, что шимпанзе бонобо с возрастом так же как и люди могут приобретать дальнозоркость. Ученые заметили это, наблюдая за процессом груминга среди близких обезьян, живущих в естественных условиях. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell Biology.

БонобоБиологи уже давно подметили, что старые обезьяны, приступая к чистке шерсти сородича, предпочитают находиться при этом на максимально далеком расстоянии от него, вытягивая руки вперед. Впрочем, ранее этому не придавали особого значения.

«Мы обнаружили, что дикие бонобо начинают демонстрировать симптомы дальнозоркости в возрасте около сорока лет. Удивительно, насколько картина с бонобо похожа на ситуацию с современными людьми. Это указывает на то, что старение глаз не сильно изменилось со времен нашего общего предка пангомо, даже несмотря на то, что срок жизни современных людей гораздо длиннее, чем у шимпанзе и бонобо», — рассказал профессор Рю.

Дальнозоркость — как у обезьян, так и у людей — вызывается снижением преломляющей способности хрусталика глаза. Для бонобо она может иметь серьезные последствия в плане выживания и социальной жизни этих животных старшего возраста.

Чтобы узнать больше, исследователи использовали цифровые фотографии для измерения расстояния груминга у четырнадцати диких бонобо в возрасте от 11 до 45 лет. Они также исследовали, как это расстояние варьируется в зависимости от возраста и пола и сравнили его с ближайшим фокусным расстоянием глаз человека.

Измерения показали, что расстояние груминга экспоненциально увеличивается с возрастом. Изучение видеозаписей одного из бонобо по имени Ки позволило ученым доказать, что зрение шимпанзе ухудшается с течением времени.

«Результаты были очень удивительны даже для нас самих. Когда я начал собирать данные, я не ожидал, что возраст может быть таким мощным фактором развития дальнозоркости», — признался доктор Рю. Он говорит, что дальнозоркость может препятствовать социальной жизни пожилых бонобо, усложняя процесс груминга и общения с партнерами. Как и люди, обезьяны с дальнозоркостью также очень плохо видят в темноте. Это может быть большой проблемой для бонобо, живущих, как правило, в затененных тропических лесах.

Таким образом, результаты, полученные в ходе исследования родственного нам вида, показывают, что дальнозоркость не является исключительным следствием современного образа жизни, предполагающего большое количество времени, проводимого за чтением и у мониторов. Скорее всего, это естественный процесс, глубоко укорененный в нашем прошлом. Хендзин Рю говорит, что их исследовательская группа планирует продолжить изучение аспектов старения у бонобо, чтобы узнать больше о нас самих.

Источник: Научная Россия

Физиологи на примере незрячих людей показали, что мозг является куда более гибкой структурой, чем считалось ранее. Оказалось, что участки коры, предназначенные для анализа зрительных сигналов, в случае отсутствия таковых переключаются на решение других задач.

Об этом говорится в статье американских специалистов из университета Джона Хопкинса, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Как известно, кора больших полушарий мозга разделена на зоны, отвечающие за выполнение определенных функций, связанных со слухом, зрением, аналитическим мышлением и так далее. Считалось, что эти функции достаточно жестко закреплены за конкретным участком мозга - поэтому, например, у слепых людей зрительная кора фактически простаивает без дела.

Авторы статьи показали, что это не так - при необходимости мозг может изменять функцию той или иной зоны и использовать ее «вычислительные мощности» для решения не свойственных ей задач. Об этом свидетельствует опыт, проведенный со слепыми от рождения людьми. В ходе него слепые решали математические уравнения, а их мозговую активность считывал сканнер. В качестве контроля использовались люди с нормальным зрением.

Выяснилось, что у слепых, как и у зрячих, в процессе счета активируется кора в районе внутритеменной борозды - эта структура отвечает за математические навыки. Но к удивлению ученых, в дополнение к ней у слепых при счете включались также участки первичной зрительной коры - у обычных людей ничего подобного не происходило.

С возрастанием сложности задачи внутритеменная борозда работала сильнее и у зрячих, и у слепых. То же самое происходило у слепых и со зрительной корой - чем более сложные вычисления надо было произвести, тем сильнее она активировалась. Это значит, что зрительная кора слепых реально участвует в подсчетах, а не «загорается» в силу каких-то побочных причин.

Следовательно, ввиду отсутствия зрительных стимулов нервные клетки, отвечающие за их анализ, у незрячих людей подключаются к нейронным сетям, связанным с математикой и, возможно, выполнением каких-то иных задач. Это говорит об огромной пластичности человеческого мозга. «Если мы можем заставить зрительную кору решать задачки, то в принципе мы можем заставить какую угодно часть мозга делать что угодно», -- пояснила Марина Бедни, соавтор статьи.

Истчоник: infox.ru

Питер Хор (Peter Hore), химик и биофизик из Оксфордского университета (Великобритания), Илья Соловьев из Университета Южной Дании (и российского Физико-технического института им. Иоффе РАН) совместно с коллегами-учеными, исследовал гипотезу о способности птиц «видеть» магнитное поле Земли. Предположительно, эта способность связана с магнито- и светочувствительным белком криптохромом, присутствующим в сетчатке глаз птиц. Он реагирует на синий и ультрафиолетовый цвета. Оказалось, что быстрые химические реакции с участием криптохрома, проходящие в мозгу птиц и вступающие во взаимодействие с магнитным полем, обеспечивают их магнитной картой, необходимой для ориентации в пространстве. Исследование было опубликовано в журнале New Journal of Physics, кратко о деталях работы сообщает пресс-релиз IOP Publishing.

Известно, что фоточувствительный криптохром — это птичий компас, а химические реакции с его участием — механизм, который заставляет этот компас исправно работать.

Камнем преткновения для ученых стал вопрос, способно ли крайне слабое магнитное поле нашей планеты вовремя и достаточно продолжительно «отвечать» тому самому механизму, который представляет собой сверхбыстрые реакции пар радикалов — магниточувствительных частиц с неспаренными электронами, происходящие в мозгу птиц, и своевременно предоставить им необходимую компасную информацию.

Дело в том, что магнитное поле призвано воздействовать на спин электронов (то есть на момент импульса, определяющий ориентацию их движения) в ходе бирадикальных реакций у птиц, и переключать криптохром в сигнальное (или неактивное) состояние, тем самым подсказывая птицам, правильный они держат путь или нет.

Чтобы ответить на поставленный вопрос, команда Хора смоделировала компьютерную модель, которая проиллюстрировала влияние магнитного взаимодействия на радикалы: каким образом и как быстро поле сдвигает спин электронов и меняет состояние радикалов.

В ходе эксперимента ученые пришли к выводу, что даже такое слабое магнитное воздействие, как у Земли, способно вовремя переключать криптохром в нужное для магниточувствительной ориентации состояние, и достаточно долго поддерживать связь с реакциями, тем самым позволяя глазному компасу считывать направление силовых линий Земли и ориентироваться по ним. 

Ученые утверждают, что дальнейшее изучение механизмов птичьего компаса, выраженного во взаимодействии криптохрома и земного магнитного поля, могут помочь созданию низкобюджетных и нетоксичных для окружающей среды электронных устройств.

Источник: Научная Россия

Биологи выяснили, как сотни глазков, расположенных на панцире моллюска-хитона, помогают ему ориентироваться в окружающем мире. Оказалось, что хитоны способны разглядеть силуэты даже небольших потенциальных хищников.

Глаза моллюсковОб этом говорится в статье американских специалистов из Гарвардского университета, опубликованной в журнале Science.

Хитоны – это примитивные моллюски, панцирь которых, в отличие от большинства представителей данной группы, состоит из отдельных пластин. Было известно, что броня хитонов покрыта микроскопическими линзами, однако никто не знал, насколько хорошо эти животные могут видеть с их помощью.

Ученые экспериментировали с хитоном Acanthopleura granulata, который живет в Западной Атлантике. Они поместили линзы его панциря в контейнер с водой и взглянули сквозь них через микроскоп. Оказалось, что это животное способно раазличить очертания 20-сантиметровой рыбы с расстояния в 2 метра.

Впрочем, поскольку под каждой линзой у хитона расположено не так уж много рецепторов, то весь объект представляется ему скорее в виде совокупности отдельных пикселов. Число линз у одной особи достигает 1000, в случае повреждения они заменяются в течение жизни моллюска.

Примечательно, что линзы состоят из того же вещества, что и остальной панцирь – из минерала арагонита (разновидность карбоната кальция). Однако арагонит, из которого линзы сделаны, складывается из более крупных зерен, чтобы избежать рассеивания света при переходе от одной крупинки минерала к другой.

Источник: infox.ru

Люди по-разному воспринимают цвета в зависимости от времени года и настроения. Главным образом это касается желтого и синего цветов.

Подробнее...

Подробнее...

Ученые доказали, в печали люди хуже различают цвета, чем в нормальном или веселом настроении. Главным образом это касается желтого и синего цветов.

Об этом говорится в статье американских специалистов из Рочестверского университета, опубликованной в журнале Psychological Science.

Про людей, находящихся в тоске, часто говорят, что окружающий мир кажется им серым. Предыдущие исследования показали, что это расхожее мнение в чем-то справедливо - пациенты, страдающие депрессией, хуже воспринимают контраст между белым и черным. Авторы статьи решили выяснить, влияет ли грустное настроение на восприятие других цветов.

В ходе работы ученые провели два эксперимента. В одном из них участвовало 127 студентов-добровольцев. Одним из них показывали грустный клип, а другим - запись с комедийного шоу в жанре стендап. Ранее эти ролики использовались в ходе других психологических тестов, так что исследователи были уверены в их способности вызывать у зрителей соответствующее настроение.

После просмотра видеозаписей каждому участнику эксперимента показывали последовательно 48 цветовых карточек и спрашивали про каждую, какого она цвета. Вариантов ответа было четыре: красный, желтый, зеленый и синий. Выяснилось, что у опечаленных людей снижалась способность различать цвета по желто-синей оси, а вот восприятие цветов по красно-зеленой оси не менялось.

Аналогичные результаты были получены во втором эксперименте, в котором было задействовано 130 добровольцев. Одним из них опять-таки демонстрировали грустный клип, а другим - фильм с нейтральным сюжетом. «Мы были удивлены тем, насколько эффект печали специфичен, искажая восприятие лишь цветов желто-синей гаммы», -- пояснил Кристофер Сортсенсон, соавтор работы.

Источник: infox.ru

Физиологи впервые показали, что люди по-разному воспринимают цвета в зависимости от времени года. Это связано с подстройкой глаза под обилие зелени на улицах.

К такому выводу пришли британские ученые из Университета Йорка, чья статья опубликована в журнале Current Biology.

Специалистам известно, что люди способны воспринимать четыре «чистых» цвета, которые нельзя получить путем смешения других цветов: синий, зеленый, желтый и красный. За исключением желтого цвета, их восприятие отличается у разных людей в зависимости от возраста и соотношения колбочек типа L и M в сетчатке.

Напротив, восприятие желтого цвета у людей, принадлежащих к одной популяции, на удивление однообразно - то есть всем людям вне зависимости от их индивидуальных особенностей желтым кажется свет одной и той же длины волны. Поэтому авторы статьи предположили, что восприятие желтого цвета регулируется внешним окружением, общим для всех.

Чтобы проверить данную гипотезу, ученые протестировали цветовое зрение 67 жителей Йорка зимой и летом. Они сажали их в темную комнату и затем с помощью специального прибора определяли, какой цвет кажется им «чисто» желтым - без примеси зеленого и красного. Оказалось, что летом люди воспринимают в качестве желтого свет с более короткой длиной волны, тогда как в случае других цветов таких изменений в восприятии не происходит.

По мнению исследователей, такие колебания в восприятии желтого цвета от зимы к лету связаны с появлением обильной зеленой листы. Чтобы адаптироваться к возросшей интенсивности зеленого света, нервная система автоматически «пересчитывает» сигналы, поступающие от L- и M-колбочек, следствием чего и являются изменения в восприятии желтого цвета.

«Этот процесс очень полезен, поскольку он позволяет приспосабливаться к значительным сезонным изменениям цвета окружающей среды, чтобы продолжать различать цвета корректно», -- пояснила Лорен Вельбурн, соавтор статьи.

Источник: infox.ru

Группа под руководством профессора Werner X. Schneider из Билефельдского университета (Германия) изучала, как же именно мозгу удается заставить нас поверить, что мы видим равномерно резкое изображение. Выяснилось, что мы видим не размытые объекты — хотя нетрудно заметить, насколько размытым и лишенным деталей кажется мир на периферии нашего зрения — потому что наш мозг создает их виртуальные четкие образы, используя прошлый опыт. Об этом рассказывает Science Daily.

Чтобы исследовать саккады — быстрые, строго согласованные ритмические движения глаз, происходящие непроизвольно — была проведена серия экспериментов, основанных на анализе быстрых движений глаз, отслеживаемых с помощью специальной камеры, делающей 1000 снимков в секунду. Саккады важны для зрительного восприятия — это метод рассматривания объекта, и в полной мере они развиты только у приматов, включая человека. Испытуемые не знали, что во время саккадических движений их глаз один видимый объект изменялся.

Чтобы выявить образование новых связей между зрительными стимулами, полученными с помощью центрального (четкого) и периферийного (размытого) зрения, участникам было предложено оценить внешний вид размытых объектов вне зоны четкого видения. Всего через несколько минут «обучения» такие объекты начинали казаться детальными. При этом в ходе работы удалось достоверно показать, что детали в таких описаний скорее основывались на предварительном впечатлении: ведь измененный объект до саккады выглядел иначе, чем после нее.

«Наше восприятие во многом зависит от хранимого в нашей памяти визуального опыта», — объяснил Арвид Хервиг, ведущий автор. Вопреки нашей уверенности, мы видим не реальный мир, а созданный нашим мозгом на основе его представлений о том, как должны на самом деле выглядеть мелкие детали: нам кажется, что мы четко видим промелькнувший футбольный мяч — на самом деле он летит с такой скоростью, что разглядеть его невозможно. Мозг «знает», что мы должны видеть мяч, находит в памяти нужные изображения и услужливо предлагает нам подходящее изображение летящего мяча.

Невозможно переоценить значимость зрительной информации для человека, и понимание механизмов ее распознавания важно и в общенаучном, и в практическом отношениях. Технологии анализа движения глаз уже сейчас активно применяются при разработке интерфейсов веб-сайтов, программ и видеоигр. А для людей с физическими ограничениями нередко единственным способом коммуникации с окружающими остается движение глаз и распознающие его устройства.

Истчоник: Научная Россия

Древние предки млекопитающих – знаменитые диметродоны с парусом на спине – предпочитали темное время суток и были преимущественно ночными хищниками. К таким выводам пришли американские ученые, внимательно изучившие строение глаз этих странных животных.

Пара Dimetrodon в ночном лесу пермского периода. Реконструкция: Marlene Hill Donnelly Большинство современных млекопитающих ведут ночной образ жизни. Немало среди зверей и таких, что предпочитают сумерки. До последнего времени среди ученых господствовало мнение, что такая ситуация сложилась примерно 200 млн лет назад, вместе с появлением первых представителей настоящих млекопитающих. Основывалась эта гипотеза на особенностях их строения – ведь присущий млекопитающим крупный мозг хорошо подходит для обработки информации, поступающей от органов чувств, а глаза отличаются высокой светочувствительностью.

По мнению Кеннета Ангельчика из Филдовского музея естественной истории, ночной образ жизни почти в полтора раза древнее, чем первые млекопитающие, а его изобретателями была группа древних животных, известных как синапсиды. «Synapsida пережили свой расцвет между 315 и 200 млн лет назад. Принято считать, что они были активны только днем, но у нас никогда не было веских доказательств, определенно подтверждающих эту позицию", – сообщил Ангельчик.

Чтобы внести ясность в образ жизни этих древнейших предков млекопитающих, американский ученый решил проанализировать склеральные косточки – небольшие твердые образования, встречающиеся в наши дни в глазах, например, у птиц и ящериц. У синапсид тоже были склеральные косточки, размер и очертания которых могли бы многое рассказать о зрении их обладателей.

Череп пермского синапсида, стрелка указывает на кольцо из склеральных косточек"Склеральные косточки несут информацию о размере и форме разных частей глазного яблока, а это, в свою очередь, позволяет судить о восприимчивости глаз к свету и времени суток, в которое животное было наиболее активно", – пояснил соавтор исследования, профессор Ларс Шмитц из лос-анджелесского колледжа Клермона Маккены.

Поскольку склеральные косточки очень хрупки, они, как правило, не сохраняются в ископаемом состоянии. Но предприняв тщательные разыскания в музейных коллекциях США и Южной Африки, а также прибегнув к помощи других палеонтологов, Ангельчик и Шмитц смогли изучить склеральные косточки 24 разных видов, представлявших самые крупные группы синапсид. Затем их сравнили с аналогичными частями тела современных животных, для которых образ жизни является надежно установленным.

Как оказалось, глаза древних синапсид охватывали довольно широкий спектр освещенности, причем у одних групп они были адаптированы к светлому времени суток, а у других – к темному. Особенно интересно, что самые древние из изученных животных, "парусные ящеры" Dimetrodon из пермского периода, явно хорошо видели именно ночью. Таким образом, ночное зрение у Synapsida появилось не позже, чем 300 млн лет назад, то есть на 100 млн лет раньше, чем считалось прежде, констатируют палеонтологи. Более того, вполне возможно, что ночным был и общий предок всех синапсид.

"Идея о том, что Dimetrodon был ночным животным, сама по себе удивительна, – отметил Ангельчик. – Но она еще и показывает, как мало мы на самом деле знаем о повседневной жизни некоторых наших древних родственников". "Мы впервые можем сделать обоснованные прогнозы поведенческих паттернов синапсид, – добавил Шмитц. – После того, как мы изучим больше окаменелостей, сможем приступить к решению других важных вопросов".

Одним из таких вопросов, безусловно, станет переосмысление некоторых устоявшихся в научном сообществе идей, например, о том, что млекопитающие перешли к ночному образу жизни, чтобы избежать конкуренции с динозаврами.

Источник: PaleoNews

Ученые выяснили, что ракоскорпионы, самые крупные членистоногие в истории Земли, были подслеповаты и не могли ловить быстро движущуюся добычу, как считалось ранее.

РакоскорпионОб этом говорится в статье американских специалистов из Йельского университета, опубликованной в журнале Biology Letters.

Ракоскорпионы (Eurypterida) населяли океаны на протяжении всего палеозоя. Представители этой группы, относящиеся к семейству Pterygotidae, могли достигать 2 метров в длину и считаются самыми крупными членистоногими, жившими на Земле. Долгое время ученые полагали, что гигантские ракоскорпионы вели активный образ жизни, хватая своими клешнями существ, проплывающих мимо.

Однако авторы показали, что зрение крупных ракоскорпионов не отличалось остротой. Они пришли к такому выводу, изучая бобовидные глаза 5 экземпляров Acutiramus cummingsi (один из самых массивных видов в семействе Pterygotidae), а также глаза 25-ти его миниатюрных собратьев, относящихся к роду Eurypterus.

Выяснилось, что многочисленные линзы, входящие в состав глаз этих ракоскорпионов, практически не отличаются по своим размерам, тогда как в глазах современных активно хищничающих членистоногих есть особые участки с укрупненными линзами, позволяющие им видеть острее. Кроме того, ученые измерили угол между оптическими осями, проходящими через линзы - чем он меньше, тем лучше зрение.

У Acutiramus cummingsi этот показатель, как следует из расчетов, равен 1,8-2,9 градусам, тогда как у современных хищников с хорошим зрением (например, у стрекоз и раков-богомолов) угол между оптическими осями варьирует от 0,2 до одного градуса. У более миниатюрного ракоскорпиона Eurypterus зрение оказалось немного получше, чем у его сородича-гиганта: обсуждаемый показатель в глазах этого членистоногого составляет 0,9-1,8 градусов.

По мнению авторов статьи, подслеповатые гигантские ракоскорпионы были медлительны, подобно мечехвостам в наши дни, и питались в основном мягкотелой добычей, которую не составляло труда поймать. А вот небольшие Eurypterus могли похвастаться большей маневренностью.

Источник: infox.ru

По словам ученых, мозг раков-богомолов не сравнивает данные, поступающие с разных рецепторов, а использует их в "сыром" виде.

Рак-богомолПричудливые раки-богомолы и их родичи оказались обладателями крайне необычной формы зрения, почти не требующей вычислительных ресурсов мозга и позволяющей им ориентироваться внутри тропических коралловых рифов, благодаря 12 различным типам фоторецепторов, заявляют биологи в статье, опубликованной в журнале Science.

Глаза животных заполнены фоторецепторами, которые преобразуют волны света в нервные импульсы. Эти импульсы поступают в зрительный центр мозга, где они сопоставляются и "складываются" в цветную картинку. Число типов, форма и функции фоторецепторов могут быть разными. Так, человек обладает тремя видами "колбочек", а птицы и рептилии — четырьмя.

Ханне Тоен из университета Квинсленда в Брисбане (Австралия) и ее коллеги обнаружили, что тропические раки-богомолы (Odontodactylus scyllarus) используют эти фоторецепторы не по "назначению". Каждый элемент их глаза, отвечающий за считывание одного "пикселя" изображения, содержит в себе не три, а сразу 12 различных видов колбочек.

Биологи попытались выяснить, какую роль играют "лишние" колбочки в зрении рака. Для этого они приобрели несколько родичей раков-богомолов с аналогичной системой зрения (Haptosquilla trispinosa) и научили их забирать пищу в тот момент, когда над ними загоралась лампочка определенного цвета.

Постепенно меняя ее цвет, ученые пытались понять, помогают ли дополнительные фоторецепторы лучше различать цвета. Оказалось, что цветовая чувствительность раков была чрезвычайно низкой — они различают цвета в 8-25 раз хуже, чем человек. Причиной этого является то, что эволюция решила "сэкономить" на их зрительном центре.

По словам ученых, мозг раков-богомолов не сравнивает данные, поступающие с разных рецепторов, а использует их в "сыром" виде. Это заметно уменьшает число нейронов, необходимых для обработки изображения, и снижает расход энергии на работу центра зрения. Подобный компромисс должен помогать ракам выживать в пестром хаосе коралловых рифов, заключают авторы статьи.

Истчоник: РИА Новости

-Мы изучили их спектральную чувствительность, а это означает, что они видят цвета света, но не имеют цветового зрения, - говорит ведущий автор исследования Андерс Гарм, адъюнкт-профессор кафедры биологии в Университете Копенгагена,- Поскольку они не могут различать разные типы света, они в основном, видят всё в оттенках серого.

Морская звездаТакже было обнаружено, что морские звезды не различают резких и четких изображений.

-На самом деле, их глаза имеют разрешение лишь около 200 пикселей. - сказал Гарм.

Для сравнения, большинство цифровых камер имеют разрешение в миллион пикселей или мега-пикселей, а в глазах человека  примерно 1 миллион нервов, в сочетании с 120 миллионами палочек и колбочек, чтобы видеть мир во всем его многообразии.

-Морская звезда также обрабатывает изображения с гораздо меньшей скоростью, чем человек. А это означает, что они не в состоянии различать быстродвижущиеся объекты, - добавил Гарм, - Визуальные системы измеряют в герцах, единицах частоты периодических процессов, когда мы говорим о скорости восприятия увиденного, люди, как правило, видят меняющиеся вещи с интенсивностью от 30 до 40 герц, - сказал он, - А у морских звезд скорость восприятия - от одного до двух герц. Это значит, что эти животные получают совсем мало информации в момент времени, в сравнении с человеком.

Тем не менее, несмотря на плохое зрение, глаза морских звезд хорошо подходят для их конкретных потребностей в морской среде.

- С точки зрения эволюции , чувства этих животных развились настолько, насколько им это нужно, - сказал Гарм, - Такого зрения морским звездам вполне достаточно, чтобы получать необходимую информацию для жизнеобеспечения.

Источник: Научная Россия

Зрение даёт мозгу огромный массив данных, среди которых можно выделить те, что относятся к цвету, к форме или, например, к чертам лица, — если мы смотрим на другого человека. Если мы начнём описывать, что видим, то такие признаки, конечно, разделим. А вот разделяет ли их мозг? В смысле — выделены ли у него под разные характеристики объектов разные нейронные области?..

Форму и цвет объекта наш мозг обрабатывает разными линиями нейронных «департаментов». (Фото the food passionates / Corbis.) Понятно, что такие признаки можно разделить на уровни, но, скажем, черты лица — это понятие не того же порядка, что геометрическая форма или цвет. (Заметим, что под распознавание лиц в нашем мозге выделена специальная структура.) И как тогда их воспринимает мозг: что-то раньше, что-то позже? И не делятся ли более низкоуровневые признаки тоже на какие-то «подпризнаки»? Психологи, например, утверждают, что цвет воспринимается нами независимо от формы.

Роза Лафер-Соуза (Rosa Lafer-Sousa) и Бевил Конвей (Bevil Conway) из Уэллслийского колледжа (США) попробовали проверить, соответствует ли эта психологическая особенность нейроанатомическому устройству мозга, а заодно выяснить, как разные визуальные признаки сочетаются в одной мозговой «видеокарте». 

Исследователи показывали макакам разные объекты, одновременно наблюдая с помощью фМРТ за активностью мозга животных. Прежде всего учёных интересовала нижняя височная кора, которая, как считается, и позволяет нам воспринимать окружающие предметы как предметы, то есть в качестве набора определённых визуальных характеристик. По одной популярной теории, разные отделы этой коры организованы как иерархические, каждый следующий из которых обрабатывает информацию более высокого уровня. 

Авторам работы удалось установить, что разные визуальные признаки действительно распределены по разным отделам нижней височной коры, хотя эти отделы формы, цвета и лица в известной степени перекрываются. Более того, оказалось, что реакция на цвет или на другое лицо имеет несколько стадий, то есть в обработке отдельного признака можно вычленить несколько фаз. 

В целом, как пишут учёные в Nature Neuroscience, «вычисление» изображения в мозге происходит по параллельным восходящим потокам данных, которые переходят из одного нейронного участка в другой и параллельность которых соответствует разным признакам. О том, какие разные уровни могут быть у обработки одного и того же признака, исследователи пока не знают. В случае цвета тут можно предположить, что сначала мозг в общем определяется с оттенком, а потом подключает память, которая уже конкретизирует этот оттенок — например, «зелёный, как лайм», или «зелёный, как трава», или «зелёный, как хвоя» и т. д. Но это, повторим, требует дальнейших психологических и нейробиологических исследований, не говоря уже о том, что такой же опыт хорошо бы повторить с человеческим мозгом. 

Впрочем, надо думать, что параллельно-иерархический способ обработки зрительной информации свойствен не только резусам, но всем приматам и что многие вопросы, касающиеся человеческой психологии восприятия, вполне можно изучать в эволюционном аспекте, с участием наших «младших кузенов».

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА