Мозг тасманийского тигра был приспособлен для хищнического образа жизни

Ученые использовали методы визуализации для реконструкции архитектуры мозга и нейронных сетей тилацина, более известного как тасманийский тигр — вымершего хищного сумчатого, обитавшего на Тасмании. Исследование, опубликованное в PLOS ONE, использовало магнитно-резонансную томографию (MRI) и диффузионную тензорную визуализацию (DTI) для сканирования посмертных образцов двух мозгов тилацина, каждому из которых было около 100 лет.

Результаты, сравненные с ближайшим живым родственником тилацина — тасманийским дьяволом, — позволяют предположить, что у тилацина с более крупным мозгом больше коры было посвящено планированию и принятию решений.

«Естественное поведение тилацина никогда не было научно задокументировано, — говорит Грегори Бернс, нейробиолог из Университета Эмори и ведущий автор исследования. — Наша реконструкция его проводящих путей белого вещества, или нейронных связей, между различными областями мозга согласуется с косвенными свидетельствами о том, что тилацин занимал более сложную, хищническую экологическую нишу по сравнению с нишей падальщика, которую занимает тасманийский дьявол».

Сравнительное исследование также поддерживает теории эволюции мозга, предполагающие, что по мере увеличения размера мозг становится более модульным, то есть разделенным на секции, связанные с отдельными функциями, отмечает Бернс.

Соавтором исследования стал Кеннет Эшвелл, анатом из Школы медицинских наук Университета Нового Южного Уэльса и эксперт по эволюции мозга сумчатых и однопроходных.

«Технология визуализации сохранившихся мозгов редких, вымерших и находящихся под угрозой исчезновения видов — это захватывающее новшество в изучении эволюции мозга, — говорит Эшвелл. — Она позволит нам отслеживать пути и изучать функциональные связи, которые невозможно было проанализировать с помощью старых экспериментальных методов».

Тасманийский тигр выглядел как смесь нескольких животных. Это одно из немногих сумчатых, у которых сумка была у обоих полов. Он был размером и формой со среднюю или крупную собаку, но имел тигроподобные полосы на нижней части спины и брюшную сумку. Его греческое название, Thylacinus cynocephalus, означает «собакоголовый сумчатый».

Палеонтологическая летопись показывает, что тасманийский тигр появился около четырех миллионов лет назад в Австралии. К XX веку он вымер или стал крайне редок на материке, но все еще встречался на Тасмании. Его исчезновение связывают с потерей среды обитания из-за сельскохозяйственной деятельности и системой вознаграждений за его отстрел, введенной после подозрений в убийстве овец и другого скота. Последний известный тасманийский тигр умер в 1936 году в зоопарке Хобарта на Тасмании.

Тасманийский дьявол, другое знаковое животное Тасмании, теперь является крупнейшим сохранившимся хищным сумчатым острова. Он известен мощными челюстями и крикоподобными вокализациями. Тасманийские дьяволы также уникальны тем, что страдают от лицевой опухоли дьявола — инфекционного, невирусного паразитического рака, который они могут передавать друг другу во время драк. Хотя необычная болезнь делает животных интересными для исследователей рака, она угрожает выживанию оставшейся популяции, численность которой в дикой природе сократилась на 70% за последние 20 лет.

Бернса, который первым провел эксперименты с MRI на бодрствующих, свободных от ограничений собаках, чтобы узнать больше об их нейронных процессах, тилацин особенно заинтересовал из-за физического сходства с собаками.

«Тилацин, по-видимому, является примером конвергентной эволюции, занимая схожую нишу, которую в других местах занимали представители семейства псовых, — говорит Бернс. — Однако интересно, что мозг тилацина сильно отличается от мозга псовых, несмотря на физическое сходство их тел».

Сохранилось только четыре экземпляра мозга тасманийских тигров, и исследование получило доступ к двум из них. Один был предоставлен Смитсоновским институтом, взятый у самца тилацина после его смерти в Национальном зоологическом парке в 1905 году. Другой образец, предоставленный исследователям Австралийским музеем в Сиднее, принадлежал животному, умершему в 1930-х годах.

Два мозга тасманийского дьявола, использованные в исследовании, включали один из Смитсоновского института, сохраненный примерно в то же время, что и образец тилацина. Другой образец был получен от недавно умершего животного и предоставлен Программой спасения тасманийского дьявола, природоохранной инициативой правительств Австралии и Тасмании.

Сканирование MRI раскрывает информацию об архитектуре мозга — так называемом сером веществе. Диффузионная тензорная визуализация (DTI) дает информацию о том, как молекулы перемещаются через биологические ткани, раскрывая соединительные пути мозга — белое вещество.

Техника использования DTI на неживом мозге в основном применяется в исследованиях на недавно умерших людях, приматах и крысах. Бернс является пионером в использовании специальной формы DTI для цифровой реконструкции нейронных сетей других животных, используя архивные образцы мозгов из зоологических и музейных коллекций.

В 2015 году Бернс успешно использовал DTI на двух десятилетних образцах, чтобы впервые картировать сенсорные и моторные системы мозга дельфинов. Результаты показали, как по крайней мере две области мозга дельфина связаны со слуховой системой, в отличие от большинства млекопитающих, которые в основном обрабатывают звук в одной области.

Текущая цифровая реконструкция мозга тасманийского тигра особенно важна, говорит Бернс, не только потому, что животное вымерло, но и потому, что использованные образцы были намного старше, чем у дельфинов.

«Хотя изучать мозги недавно умерших животных легче, мы показали, что можем успешно использовать наши методы сканирования на образцах возрастом 100 лет, — говорит Бернс. — Теперь у нас есть технологии, позволяющие использовать сокровищницу музейных коллекций по всему миру».

Бернс запустил проект под названием Brain Ark — цифровой архив высокоразрешающих трехмерных структур мозга мегафауны, который находится в открытом доступе в сети, чтобы другие исследователи могли вносить вклад в данные и использовать их. В настоящее время он включает сканы дельфинов, тасманийских тигров и тасманийских дьяволов.

Этот цифровой ресурс позволит исследователям изучать вопросы эволюции мозга, включая то, как структура мозга связана с видовыми особенностями, такими как принадлежность к хищникам или жертвам, стратегии добычи пищи, экологические ниши и половой диморфизм.

«Мы много знаем о мозгах приматов и крыс, но существует множество других мозгов животных, которые никто не изучал подробно, — говорит Бернс. — Brain Ark заполнит этот пробел. Мы живем во времена, когда большая часть мегафауны планеты находится под угрозой исчезновения. Важно собрать как можно больше данных, прежде чем многие из этих животных исчезнут».