биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Как особенности восприятия реальности летучими мышами определяют характер эволюции растений

[27 февраля, 2017 г.]

Наш мир фундаментально субъективен. Он — лишь то, что мы чувствуем. И человеку не стоит преувеличивать свою исключительность в этом вопросе — у других организмов дела с реальностью обстоят точно так же. Отвлекаясь от философских категорий, можно сказать, что особенности работы сенсорных систем организма определяют не только то, как он ощущает мир, но и его экологические черты, а значит, и эволюционную роль.

Растения, опыляемые летучими мышами и колибри, производят разбавленный до 18–23% нектар. Однако при возможности выбора обе группы опылителей предпочитают концентрированный нектар вплоть до 60%. Почему же эти цифры так сильно различаются? Для разрешения эволюционного парадокса исследователями из университета Гумбольдта была проведена серия опытов [1]. В качестве площадки использовалась станция La Selva в джунглях Коста-Рики. Для полевых экспериментов были созданы искусственные цветы, подражающие цветам растения Werauhia gladioliflora (она, между прочим, — дальний родственник ананаса) и управляемые компьютером (рис. 1а). В качестве подопытных выступили длинномордые листоносы (Glossophaga commissarisi) — летучие мыши, обитающие в окрестностях биостанции (рис. 1б). К слову, у National Geographic есть хороший материал об этих животных [2].

Искусственные цветы и листонос

Рисунок 1. Место проведения эксперимента и его участники. а — Искусственные цветы, размещенные в вольере с летучими мышами. б — Длинномордый листонос (листонос Коммиссариса) опыляет калебасовое дерево. Автор фото: Мерлин Д. Таттл. Рисунки из [1] и с сайта www.nat-geo.ru.

Концентрация сахаров в нектаре, а также количество нектара в цветах, управлялось виртуальным геномом растения. Он был диплоидным и включал восемь аллелей, задающих концентрацию нектара и взаимодействующих по правилу кодоминирования. Перелетая с одного цветка на другой, мыши переносили виртуальную пыльцу, приводя к опылению и образованию виртуальных семян. После каждого цикла опыления, длящегося одну ночь, двадцать три семени отбирались случайным образом и становились основателями следующего поколения цветов, передавая им свои свойства. Таким образом, чем чаще летучие мыши выбирали определенный цветок, тем больше у него была вероятность оставить потомство. С каждым поколением доля наиболее эффективно опыляемых растений увеличивалась, имитируя ход эволюции.

Эксперимент начинался с двух концентраций нектара — 17,8% (разбавленный) и 42,2% (концентрированный). Однако по завершении отбора, во временном интервале от 10 до 12 циклов эволюции, концентрация нектара в обоих случаях в среднем достигла 36% (рис. 2). То есть в данной модели заработал типичный стабилизирующий отбор. Но почему?

Содержание сахара в нектаре

Рисунок 2. Графики зависимости содержания сахара в нектаре от номера поколения в модели эволюции. Синим цветом обозначено изначально высокое содержание сахара, зеленым — изначально низкое. Пунктир показывает предсказанные интервалы изменения количества сахара. Рисунок из [1].

Дело в том, что зависимости частоты выбора цветка животным от концентрации нектара и от его объема носят логарифмический характер и подчиняются закону Вебера-Фехнера* (рис. 3). Иными словами, чтобы положительные ощущения мышей от нектара росли в арифметической прогрессии, его концентрация или физический объем должны расти в геометрической прогрессии. Поэтому повышение объема нектара или его концентрации сверх какой-то средней величины теряет смысл и превращается в бездумную трату энергии.

* — О нем «биомолекула» уже писала: «Голуби умеют считать наравне с приматами» [3]. — Ред.

Правило Вебера-Фехнера

Рисунок 3. Правило Вебера-Фехнера. Сила ощущения, вызываемого разражителем, растет пропорционально логарифму. То есть для того, чтобы сила ощущения росла в арифметической прогрессии, силу раздражителя пришлось бы увеличивать в геометрической прогрессии. Рисунок с сайта ok-t.ru.

Также исследователи провели компьютерную симуляцию, в ходе которой были построены два типа моделей. В первом типе реакция мышей на стимул следовала правилу Вебера-Фехнера и носила логарифмический характер. Во втором типе модели реакция зависела от силы стимула арифметически. При запуске виртуальной эволюции в моделях первого типа наблюдался стабилизирующий отбор, а его результат был близок к результату полевых опытов. Во втором типе моделей, наоборот, происходил типичный движущий отбор, увеличивающий концентрацию сахара в нектаре до ее стабилизации в районе 40%. Причем интенсивность отбора, а значит, итоговая концентрация сахара и объем нектара, сильно зависели от количества летучих мышей. В компьютерной модели заработали экономические законы: если мышей-опылителей было мало, растения вынуждены были конкурировать за опылителей и выделять более концентрированный нектар. Если же опылителей было много, растения вполне могли расслабиться, понизив концентрацию сахара в нектаре, а заодно и свои энергетические затраты на его синтез.

Статья примечательна тем, что сочетает реальные полевые опыты по симуляции эволюции с математическим моделированием, а выводы исследования имеют множество аналогий в самых разных областях знания: психологии, социологии и экономике.

Литература

  1. Nachev V., Stich K.P., Winter C., Bond A., Kamil A., Winter Y. (2017). Cognition-mediated evolution of low-quality floral nectars. Science355, 75–78;
  2. Макграс С. (2014). Цветочный гипноз. National Geographic;
  3. биомолекула: «Голуби умеют считать наравне с приматами».

Автор: Лебедев Дмитрий.

Число просмотров: 280.

Вернуться в раздел «Новости»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Re: Как особенности восприятия реальности летучими мышами определяют характер эволюции растений

Сергей — 4 марта, 2017 г. 02:02. (ссылка) (свернуть ветвь)

Что, еще никто не вспомнил Томас Нагеля с его статьей «Что значит быть летучей мышью»?))

(ответить)

Re: Re: Как особенности восприятия реальности летучими мышами определяют характер эволюции растений

Дмитрий Лебедев — 6 марта, 2017 г. 21:56. (ссылка) (свернуть ветвь)

Знал бы про неё, обязательно вспомнил - идеально в тему ложится!)

(ответить)

Re: Re: Re: Как особенности восприятия реальности летучими мышами определяют характер эволюции растений

Сергей — 7 марта, 2017 г. 16:42. (ссылка) (свернуть ветвь)

Ну, до Нагеля похожие идеи высказывал еще Я. фон Икскюль (см. "умвельт"). Биолог, кстати. И да, их обоих упоминает Ф. де Вааль в своей последней книге. Где-то Света Ястребова о ней писала. Может и рецензия будет?)) Тема, вообще-то, благодатная. Вот, любимая биологами (некоторыми, по крайней мере) "Ложная слепота" П. Уоттса (тоже биолога) приблизительно о том же. Ну и совсем недавний фильм "Прибытие" удачно сюда же подходит))
Но вот утверждение про фундаментальную субъективность нашего мира - это все-таки нетипично для "естественника". Или мне так только кажется?))

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Как особенности восприятия реальности летучими мышами определяют характер эволюции растений

Дмитрий Лебедев — 13 марта, 2017 г. 23:42. (ссылка) (свернуть ветвь)

Действительно, утверждение про субъективность мира не слишком типично для учёного-естественника. Когда писал текст, хотелось добавить, что как раз для постижения объективной реальности и потребовалась наука. Но статья всё-таки не об этом)А за ссылки спасибо!

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Re: Как особенности восприятия реальности летучими мышами определяют характер эволюции растений

Сергей — 18 марта, 2017 г. 03:03. (ссылка)

Вдогонку)) Об этом вполне доступно Александр Сергеев рассказывает: Мифы о науке: между лженаукой и науковерием. Пока не встречал более внятного и структурированного изложения.

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Re: Как особенности восприятия реальности летучими мышами определяют характер эволюции растений

Сергей — 16 марта, 2017 г. 00:23. (ссылка)

Не типично, но логично)) Ведь и "постижение объективной реальности" не означает прямого доступа к этой реальности. Знание о мире не есть сам мир, как карта территории не является самой территорией (см. "соотношение карты и территории"). Ведь компактность - одно из главных преимуществ карты.
Похоже, это базовая установка нашей когнитивной системы - принимать модель реальности за саму реальность (см. "онтологизация"), более того, наша картина мира в каждый момент времени стремится выглядеть однозначной (см. "когнитивный диссонанс") и полной (см. "великая иллюзия сознания"). Ну и, вдобавок, большую часть времени мы попросту не осознаем этого, хотя и способны)) Что с эволюционной точки зрения выглядит более чем логично: сомнение небезопасно и затратно.
Иначе говоря, сколь бы сложной, непротиворечивой и прогностически эффективной ни была наша модель реальности самой реальностью она от этого не становится (см. "модельно-зависимый реализм"). Так что, похоже, никуда нам не деться от этой "фундаментальной субъективности".
Да, но статья все-таки не об этом))

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Как особенности восприятия реальности летучими мышами определяют характер эволюции растений

Ястребова Светлана — 11 марта, 2017 г. 18:23. (ссылка) (свернуть ветвь)

Сергей, а мы знакомы?
Рецензия будет, но не здесь.
"Ложную слепоту" люблю.

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Re: Как особенности восприятия реальности летучими мышами определяют характер эволюции растений

Сергей — 16 марта, 2017 г. 00:54. (ссылка)

Нет, Света, мы не знакомы))
Но мне знакомо интервью с Амандой Филдинг и история ее жизни. За это - спасибо. Удивительно, как человек в целом далекий от науки помогает этой самой науке брать все новые рубежи. Жаль, у на мало знают о другом человеке из этого же круга - Рике Доблине и исследованиях, инициированных его фондом. Эти работы ведь не только для науки, но и для простых граждан могут оказаться весьма полезными. Но у нас даже специалисты часто не в курсе.
Да, и что касается "Ложной слепоты": судя по всему, Сири был левшой, ведь так?

(ответить)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.