Микроскопические черви оказались способны принимать сложные решения

Ученые потратили десятилетия, пытаясь ответить на вопрос, как животные принимают решения, сосредоточив все внимание на нейронах и их связях в мозге. Американские исследователи использовали иной подход: проанализировали поведение животных, а именно — нематод. К их удивлению, крошечные черви, задействуя всего 302 нейрона, оказались способны выбирать стратегию действия, учитывая множество факторов.

Животные с разнообразным рационом должны адаптировать свои пищевые приоритеты к широкому спектру условий окружающей среды. Эта проблема оптимизации рациона особенно сложна для хищников, которые конкурируют с жертвой за общий источник пищи. Хотя конкуренция «хищник — жертва» в природе распространена и экологически значима, задача отделения хищнических и конкурентных мотивов нападения хищника на жертву-конкурента по-прежнему далека от решения.

Желая продвинуться в ее решении, ученые из Института биологических исследований Солка (США) использовали новый подход к оценке мотивации и когнитивных способностей животных в системе «хищник — жертва». Более того, на примере микроскопических червей (нематод) авторы показывают, что возможность принятия сложных решений может быть закодирована в относительно небольших биологических и искусственных нейронных сетях. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Current Biology.

«Наше исследование показывает, что вы можете использовать простую систему, такую как червь, для изучения чего-то сложного, например целенаправленного принятия решений. Мы также продемонстрировали, что поведение может многое рассказать о том, как работает мозг, — поясняет старший автор исследования Шрикант Чаласани (Sreekanth Chalasani), доцент Лаборатории молекулярной нейробиологии Института биологических исследований Солка. — Даже простые системы, такие как черви, имеют разные стратегии поведения и могут выбирать между ними, решая, какая лучше всего подходит в конкретной ситуации. Это обеспечивает хорошую основу для понимания того, как такие решения принимаются в более сложных системах, например у людей».

Краткое графическое описание двух стратегий хищника Pristionchus pacificus / ©Quach K.T., et al., Current biology, 2022

Исследование проводили на примере взаимодействия двух крошечных (не более миллиметра в длину) круглых червей, или нематод: хищника Pristionchus pacificus и жертвы Caenorhabditis elegans. Поедая червя-жертву либо защищая свой источник пищи (бактерий), хищный червь P. pacificus полагается на «укусы» своеобразным ротовым аппаратом. Ученые поставили задачу определить намерения червя в момент, когда он «кусает» жертву C. elegans, неспособную ответить на агрессию.

Исследователи обнаружили, что P. pacificus во время поиска пищи выбирает между двумя стратегиями при укусе своей жертвы и конкурента — червя C. elegans: во-первых, хищнической стратегией, при которой цель укуса — убить и съесть жертву; во-вторых, территориальной стратегией, когда укус используется для отпугивания C. elegans от источника пищи (бактерий).

Выяснилось, что P. pacificus взвешивает затраты и выгоды от нескольких потенциально возможных результатов действия — поведение, характерное для позвоночных с миллионами и миллиардами нейронов, но совершенно неожиданное для червя с сетью всего из 302 нейронов. Так, P. pacificus выбирает стратегию хищничества против личинок C. elegans, которых легко убить всего за укус. В то же время против взрослых особей C. elegans, которых трудно убить (понадобится около шести часов и 25 укусов) и которые легко избегают укусов P. pacificus, хищник предпочитает территориальную стратегию.

«Ученые всегда предполагали, что черви были простыми: когда P. pacificus кусает, мы думали, что это делается с единственной хищнической целью, — отметила ведущий автор Кэтлин Квач (Kathleen Quach), научный сотрудник Лаборатории молекулярной нейробиологии Института биологических исследований Солка. — На самом деле, P. pacificus универсален и может использовать одно и то же действие, кусая C. elegans, для достижения различных долгосрочных целей. Я была удивлена, обнаружив, что P. pacificus способен использовать то, что казалось неудавшимся хищничеством, для успешных и целенаправленных действий по защите своего источника пищи».

В дальнейших исследованиях ученые планируют определить, какие из расчетов затрат и выгод P. pacificus фиксированные, а какие гибкие. Они надеются, что подобные работы помогут еще больше узнать о молекулярных основах принятия решений.