Мозг термитов может расти в предвкушении единственного момента полёта и света

Новое исследование на владревесных термитах (Zootermopsis angusticollis и A. nevdensis) показывает, что у избранных членов колонии происходят изменения в мозге в преддверии когнитивной нагрузки.

В колонии владревесных термитов лишь немногие, в буквальном смысле, увидят свет. Эти насекомые уникальны из-за своих брачных полётов и адаптируемости их роли в колонии, которая зависит от общих потребностей группы. Короли и королевы термитов должны покинуть гнездо и являются единственными, кто ненадолго выходит наружу, чтобы образовать пару и вырыть туннель в новом месте для основания другой колонии. Исследователи из Университета Дрекселя изучили, как у этой группы особей, которым суждено покинуть гнездо, по-разному развивается область мозга, обрабатывающая зрительную информацию.

Новое исследование, опубликованное в The Science of Nature, измерило различия в развитии относительных размеров зрительных долей мозга (оптических долей) у разных каст владревесных термитов, чтобы проверить, соответствует ли развитие этих долей различиям каст в воздействии визуально сложной среды.

«Термин "каста" применительно к сообществам насекомых — это идея о наличии специализированных особей, играющих разные роли», — объясняет Шон О’Доннелл, доктор философии, профессор Колледжа искусств и наук и ведущий автор исследования. Команда О’Доннелла использовала знания о развитии владревесных термитов, чтобы предсказать их потребности в различных тканях мозга в зависимости от их роли. Исследователи обнаружили, что «инвестиции» насекомого в области мозга соответствовали его когнитивным потребностям, но изменения в мозге происходили до изменения когнитивной нагрузки.

«Нейроэкология исследует, как эволюционирует и развивается мозг, исходя из идеи, что структура мозга особи будет формироваться под влиянием требований, с которыми она сталкивается», — говорит О’Доннелл. «То, что у королей и королев разное развитие зрительной системы, важно, но не слишком удивительно. Особенным была наша способность идентифицировать и измерить стадию развития, которая является предшественником превращения особи в короля или королеву».

Хотя первые три стадии жизни термита обычно не сильно различаются, когда нимфы достигают четвёртой стадии, они могут линять в несколько различных форм. Эти формы играют разные роли в колонии, включая возможность стать крылатыми репродуктивными королём или королевой, рабочим, солдатом или бескрылым репродуктивным особем.

«У некоторых нимф есть крошечные развитые зачатки крыльев. Особи на этой стадии не покидают гнездо, они технически ещё не короли или королевы, но изменения в архитектуре мозга на этой стадии уже происходят и подготавливают мозг к возможности использоваться в яркой световой среде. Изменение мозга произошло раньше в развитии, чем было необходимо», — говорит О’Доннелл. «Это удивительно и захватывающе, поскольку такой упреждающий рост мозга наблюдается нечасто, как и тот факт, что мы с некоторой точностью можем предсказать будущее развитие особи, и похоже, что мозг следует этой траектории, хотя ещё не используется».

Эти данные показывают, что у некоторых владревесных термитов наблюдается ожидаемая пластичность (experience-expectant), означающая, что изменения в мозге происходят до того, как они понадобятся. Мозг медоносных пчёл также демонстрировал некоторую ожидаемую пластичность, но в целом это явление редкое.

В будущем команда задаётся вопросом, как и за счёт чего может компенсироваться «инвестиция» в нервную ткань до получения когнитивной выгоды. О’Доннелл предполагает, что упреждающий рост мозга может быть выгоден, когда мозг необходимо подготовить к быстрой реакции на новые вызовы. В случае владревесных термитов брачные полёты могут произойти вскоре после того, как короли и королевы достигнут взрослой стадии.