Как животные принимают решения, сталкиваясь с конкурирующими требованиями, и как процессы принятия решений развивались с течением времени? В недавней публикации в Письма по биологииТина Барбаш, научный сотрудник Института геномной биологии Карла Р. Вёзе, и Элисон Белл (GNDP), профессор кафедры экологии, эволюции и поведения, исследовали эти вопросы, используя трехиглую колюшку (Gasterosteus aculeatus). ).

Учитесь ли вы в школе, работаете, воспитываете детей, ведете общественную жизнь или просто пытаетесь на мгновение расслабиться, выполнение нескольких обязанностей одновременно может быстро стать непосильным. Вы можете задаться вопросом, насколько проще была бы жизнь, если бы вы были рыбой, плывущей по реке, или ястребом, парящим в небе. Тем не менее, животные также сталкиваются с бременем многозадачности, будь то поиск следующей еды, избегая при этом стать чьей-то следующей едой, или привлечение партнера, защищая свою территорию.

«Во время работы над докторской диссертацией я изучал родительскую заботу о рыбах-клоунах и то, как они решают, насколько заботиться о своем потомстве», — говорит Барбаш. «Это требует интеграции многих источников социальной и экологической информации. Недавно я заинтересовался пониманием механизмов, лежащих в основе того, как животные принимают решения и интегрируют различные источники информации».

Несмотря на важность принятия решений для приспособленности животного, механизмы, влияющие на принятие решений, плохо изучены.

Колюшки являются мощной моделью для исследования этих вопросов из-за их сложной истории жизни и репродуктивного поведения. В период размножения самцы колюшки осваивают территории для строительства гнезд, чтобы привлечь самок. Самцы должны одновременно защищать свою территорию от других самцов, ухаживать за самками, которые входят на их территорию, с помощью эффектных плавательных движений, называемых «зигзагами», и в конечном итоге заботиться о потомстве, если им удастся успешно ухаживать за самкой.

«Это исследование было вдохновлено экспериментом, в котором мы изучали экспрессию генов в мозгу у самцов трехиглой колюшки во время родительской заботы или при защите своей территории», — объяснил Белл. «Мы обнаружили, что в обоих экспериментах были задействованы одни и те же гены, но в противоположных направлениях — гены, включенные в одном состоянии, были выключены в другом. Идея о том, что мозг может использовать одни и те же молекулярные механизмы, но противоположными способами, могла бы имеют серьезные последствия для эволюции процесса принятия решений».

Чтобы изучить основные молекулярные механизмы принятия решений, Барбаш подверг самца колюшки воздействию одного из трех стимулов: самки колюшки (лечение ухаживания), другого самца колюшки (территория территориального вторжения) или и самца, и самки колюшки (компромиссное лечение). ). Некоторых самцов колюшки оставили в покое в качестве контроля. Агрессивное поведение (кусание) и поведение ухаживания (зигзаги) были количественно оценены, а затем мозг самца колюшки препарировали, чтобы изучить экспрессию генов с помощью секвенирования РНК.

Барбаш обнаружил, что, сталкиваясь с компромиссом, мужчины обычно отдают приоритет территориальной защите, а не ухаживанию. У мужчин также были существенные различия в том, как они реагировали, что позволяет предположить, что могут быть разные стратегии, которые мужчины используют, когда сталкиваются с компромиссом. Кроме того, результаты экспрессии генов выявили группы генов, которые экспрессировались по-разному в каждом экспериментальном варианте по сравнению с контролем.

Особый интерес представляют гены, которые присутствуют только при компромиссном лечении, поскольку они предполагают, что самцы обладают уникальной молекулярной реакцией, когда сталкиваются с противоречивыми требованиями.

«Мы провели анализ онтологии генов этих «компромиссных генов», чтобы выяснить, каковы могут быть идентичность и функция этих генов», — описывает Барбаш. «Предварительные результаты показывают, что «компромиссные» гены могут быть связаны с путем реакции дофамина, который модулирует вознаграждение и мотивацию в мозге, или с нейрогенезом, который важен для познания».

В конечном итоге, как отмечает Белл, эти результаты подчеркивают важность изучения молекулярных основ поведения животных. «Животные во многих таксонах живут очень сложной жизнью. Это говорит о том, что механизмы, которые управляют принятием сложных решений, вероятно, очень древние, и животные принимают сложные решения в течение длительного времени».

Исследование Барбаша также закладывает основу для многих интересных последующих исследований. Она уже начала изучать поведенческие и молекулярные реакции, обращая внимание на другие компромиссы, в том числе связанные с риском нападения хищников, добычей пищи и родительской заботой. Она также планирует расширить свой молекулярный инструментарий за счет более детальной количественной оценки экспрессии генов с использованием секвенирования одноклеточной РНК и взвешенного анализа сети совместной экспрессии генов, который помогает выявить функцию генов путем идентификации сетей генов с соответствующими моделями экспрессии.

Итак, в следующий раз, когда вы заметите, что животное что-то делает, подумайте немного глубже об его повседневной жизни и о том, как оно находит способ справиться со всеми своими обязанностями.