Біомеханіка інформації: як мозок дозволяє економити енергію

Стратегія полювання дрібної риби, що мешкає в річці Амазонка, дозволила дослідникам більше дізнатися про баланс між метаболічної ціною інформації та метаболічної ціною руху для видобутку цієї інформації.

Ето дослідження було опубліковано в журналі PLoS Computational Biology.

Доцент машинобудування та біомедіцінской технікі Малкольм Макайвер (Malcolm MacIver), очолив команду, яка проаналізувала поведінку під час полювання слабоелектріческой риби "чорна ножетелка", яка зустрічається у водах Амазонки. Вона полює вночі, і не володіє зором у звичному для нас розумінні цього слова. Вона генерує слабке еклектичне поле, щоб відчувати околиці, подібно до того, як кажан бачить за допомогою ехолокації. Саме ця риба стала мухою дрозофіла в галузі вивчення процесів обробки тваринами сенсорної інформації (мухи дрозофіли широко використовувалися у вивченні генетики та біології розвитку).

Во час полювання, ця риба нахиляє тіло вперед, що збільшує опір руху більш ніж у два рази. Навіщо вона це робить? Справа в тому, що подібна поза дозволяє їй оглядати велику площу прісної води і зустрічати більше здобичі. Дослідники встановили, що зрослі витрати енергії на рух, більш ніж компенсуються поліпшенням сенсорного сприйняття. Але існує певна межа кута нахилу, нижче якого нахилятися не має енергетичного сенсу. Це Рубікон, нахил більше якого викликає невиправдано високий витрата енергії, яка не компенсується виграшем в огляді.

Нілеш Патанкар (Neelesh Patankar), доцент машинобудування Нортвестерн, працював спільно з Макайвер над написанням програми гідродинамічної симуляції, для розрахунку сили опору чинній на рибу під час полювання і під час вільного плавання.

"Завдяки створеній моделі ми зможемо проаналізувати гідродинамічні сили діють на рибу і зрозуміємо навіщо вона витрачає енергію і, наприклад, в якому випадку трата енергії зведеться до мінімуму ", - заявив Патанкар, співавтор дослідження.

"Те, що риба нахиляється, щоб вивчити велику площу, навіть, незважаючи на витрати, пов'язані з великою витратою енергії, - дуже цікавий випадок", - Заявив Макайвер. "Щоб краще зрозуміти братів наших менших, ми повинні вивчати не тільки нейробіологічні або сенсорні функції, але також і механіку. Ми повинні замислюватися про будову тіла, як центрального компонента нашої розумності і розглядати енергозбереження, як мірила розумності ".

В ході дослідження, вчені дійшли висновку, що ця зухвала сильний опір позиція, з'явилася причиною дивного довгастого тіла риби.

Макайвер заявив, що ці дослідження дають відповідь на деякі питання еволюції, наприклад, навіщо нам потрібні рухливі сенсорні системи: очі, пальці і руки. "Якби ця риба вміла міняти положення регіону тіла, яким вона чує здобич, подібно до того, як це роблять тварини володіють зором, вона б зекономила ще більше енергії. Це дозволяє нам зрозуміти, чому тварини, подібні нам, можуть рухати своїми очима ". Увага, скачать інформер новин і дізнаватися про все первим.

Орігінал (на англ. Мовою): Sciencedaily.com

• Ярко-синие «калийные пруды» в Юте заметили из космоса рядом с тёмно-зелёной рекой Колорадо
• Учёные создали самую подробную карту нейронных дендритов в мозге мыши
• В Египте обнаружен древний «крокодил с длинной мордой», который переписывает эволюцию рептилий
• Как животные получают свои «совершенно несовершенные» пятна и полосы
• Гипергравитация повышает продуктивность мха: японские учёные нашли ген, отвечающий за адаптацию
• Осы, которые умеют «ставить жизнь на паузу»: открытие может помочь замедлить старение у людей
• Против Дарвина: ученые обнаружили, что черви «переписали» свою ДНК, чтобы выжить на суше
• Зимний морской лёд усиливает способность Южного океана поглощать CO₂