Биомеханика информации: как мозг позволяет экономить энергию

Стратегия охоты мелкой рыбы, обитающей в реке Амазонка, позволила исследователям больше узнать о балансе между метаболической ценой информации и метаболической ценой движения для добычи этой информации.

Это исследование было опубликовано в журнале PLoS Computational Biology.

Доцент машиностроения и биомедицинской техники Малкольм Макайвер (Malcolm MacIver), возглавил команду, которая проанализировала поведение во время охоты слабоэлектрической рыбы "чёрная ножетелка", которая встречается в водах Амазонки. Она охотится ночью, и не обладает зрением в привычном для нас понимании этого слова. Она генерирует слабое эклектическое поле, чтобы ощущать окрестности, подобно тому, как летучая мышь видит с помощью эхолокации. Именно эта рыба стала мухой дрозофила в области изучения процессов обработки животными сенсорной информации (мухи дрозофилы широко использовались в изучении генетики и биологии развития).

Во время охоты, эта рыба наклоняет тело вперед, что увеличивает сопротивление движению более чем в два раза. Зачем она это делает? Дело в том, что подобная поза позволяет ей осматривать большую площадь пресной воды и встречать больше добычи. Исследователи установили, что возросшие затраты энергии на движение, более чем компенсируются улучшением сенсорного восприятия. Но существует определенный предел угла наклона, ниже которого наклоняться не имеет энергетического смысла. Это Рубикон, наклон больше которого вызывает неоправданно высокий расход энергии, который не компенсируется выигрышем в обзоре.

Нилеш Патанкар (Neelesh Patankar), доцент машиностроения Нортвестерна, работал совместно с Макайвером над написанием программы гидродинамической симуляции, для расчета силы сопротивления действующей на рыбу во время охоты и во время свободного плавания.

"Благодаря созданной модели мы сможем проанализировать гидродинамические силы действующие на рыбу и поймем зачем она тратит энергию и, например, в каком случае трата энергии сведется к минимуму", - заявил Патанкар, соавтор исследования.

"То, что рыба наклоняется, чтобы изучить большую площадь, даже, несмотря на издержки, связанные с большим расходом энергии, - очень интересный случай", - заявил Макайвер. "Чтобы лучше понять братьев наших меньших, мы должны изучать не только нейробиологические или сенсорные функции, но также и механику. Мы должны задумываться о строении тела, как центрального компонента нашей разумности и рассматривать энергосбережение, в качестве мерила разумности".

В ходе исследования, ученые пришли к выводу, что эта вызывающая сильное сопротивление позиция, явилась причиной странного продолговатого тела рыбы.

Макайвер заявил, что эти исследования дают ответ на некоторые вопросы эволюции, к примеру, зачем нам нужны подвижные сенсорные системы: глаза, пальцы и руки. "Если бы эта рыба умела менять положение региона тела, которым она чует добычу, подобно тому, как это делают животные обладающие зрением, она бы сэкономила еще больше энергии. Это позволяет нам понять, почему животные, подобные нам, могут двигать своими глазами". Внимание, скачать информер новостей и узнавать обо всем первым.

Оригинал (на англ. языке): Sciencedaily.com

• Цвет насекомых отражает уровень их токсичности
• Самый долгоживущий организм планеты обнаружен в Средиземном море
• Учёные записали болтовню глубоководных существ
• Растения переговариваются друг с другом, предупреждая об опасности
• Палеонтологи открыли новый вид доисторических крокодилов
• Самая большая в мире креветка обнаружена в водах Новой Зеландии
• Первые растения стали причиной ледниковых периодов
• Питоны нанесли ущерб национальному парку Эверглейдс