Perceptio (АРХИВ)

Напоминаю о своём новом канале, а то не все перешли

Как и положено любой громкой сенсации, находка Штраусфельда не осталась без вызова. В июне 2023 года Грэм Э. Бадд с соавторами опубликовал критику, суть которой сводилась к тому, что распределение ржаво-малиновых минералов в равной степени может указывать как на нервную ткань, так и на мускулатуру, а трехчастная структура мозга, по их мнению, не более чем диффузное окрашивание, следующее контуру кишечника. Бадд настаивал на том, что сегментированность головы — установленный эмпирический факт, а не допущение.

Однако ответ Штраусфельда, последовавший незамедлительно, продемонстрировал методологическую слабость этой позиции: аргументация оппонента построена на ошибочной интерпретации современных онихофор, а боковые отростки брюшной цепочки Cardiodictyon невозможно объяснить ни кольчатостью стенки тела, ни мышечными волокнами. Более того, филогенетические данные свидетельствуют о том, что предковый мозг панартропод (клада, состоящая из онихофор, тихоходок и эуартропод) был несегментированным (!), и именно такую картину мы наблюдаем в данном ископаемом.

Штраусфельд подчеркнул, что Бадд неправомерно экстраполирует частично сегментированный мозг современных форм на древнейший, тогда как критерий «рот позади мозга» выполняется для многих нынешних членистоногих, но не отражает исходное состояние.

И последний, уже чисто топологический аргумент Штраусфельда: парные ганглии брюшной цепочки (ga1–ga4) расположены строго напротив ног (le1–le3) и соединены продольными тяжами вдоль центральной оси — это классическая нервная система, а не случайные пятна или остатки мышц (2 рис.) Потому что кольцевая мускулатура оставила бы сплошные поперечные полосы по всей стенке тела, а не изолированные симметричные узелки. У мускулов нет топографии «узел напротив каждой ножки» — у нервов есть.

Таким образом, научный спор продолжается, а вы за какой лагерь? Я однозначно за Николаса!

Это окаменелости нижнекембрийского лобоподия Cardiodictyon catenulum (возраст ≈ 518–525 млн лет). Животное было крошечным — всего около 1,5 см длиной — и относилось к вымершей группе панцирных лобоподиев, мягкотелых членистоногоподобных существ с многочисленными парами мягких, нечленистых ножек. Их ближайшие современные потомки — онихофоры (бархатные черви).

В 2022 году команда Николаса Дж. Штраусфельда впервые детально описала у этого существа окаменевшую нервную систему — и это, по их словам, древнейший известный на сегодня ископаемый мозг.

Здесь важно понимать: мягкие ткани, такие как мозг, обычно не сохраняются в ископаемом состоянии — они разлагаются за считанные дни. То, что мы видим здесь — редчайший случай фосфоритной минерализации, когда клетки нервной ткани были буквально «отлиты» в камне, сохранив свои контуры.

Благодаря методу хроматической фильтрации высокоразрешающих цифровых изображений (способ усиления цветовых контрастов на обычных фото, чтобы различить микроскопические слои породы разного состава, которые соответствуют разным частям нервов) удалось выявить поразительную картину:

Голова Cardiodictyon была несегментированной (то есть не состояла из повторяющихся колец-сегментов, как туловище), а мозг уже состоял из трёх слившихся цефалических (мозговых) доменов. Эти домены чётко отделены от метамерной (сегментированной) брюшной нервной системы туловища, где ганглии (скопления нервов) повторяются в каждом сегменте.

На схеме: вдоль всей брюшной нервной цепочки видны парные, последовательно повторяющиеся округлые узелки — ганглии. Это и есть та самая метамерная система. В отличие от монолитного мозга, в туловище нервные узлы дублируются в каждом сегменте тела для управления ножками и внутренними органами этого конкретного участка.

Соединяет головной мозг с туловищными узлами окологлоточная коннектива (3 рис.)
Каждый из трёх мозговых доменов точно выравнивается с одной из трёх частей передней кишки и с одной парой головных придатков:

В оригинале: прозоцеребрум ce1, протоцеребрум ce2, дейтоцеребрум ce3; прозоцеребрум у современных форм редуцирован и слит с протоцеребрумом (2 рис.)

🥹Протоцеребрум — передний мозг. На схеме видно, что с ним напрямую связана зрительная область. Он отвечает за зрение и соотносится с первой парой придатков (глазами).
🥹Дейтоцеребрум — средний мозг. Он иннервирует следующую пару придатков (например, усики-антенны).
🥹Тритоцеребрум — задний мозг. Он анатомически связан с передней кишкой (окружает её) и третьей парой придатков.

Это открытие напрямую опровергает вековое представление (восходящее ещё к 1880-м годам), будто мозг членистоногих изначально формировался так же, как туловище — путём консолидации передних сегментов и слияния ганглиев в голову. Если бы голова формировалась из сросшихся сегментов, то рот у древних членистоногих должен был бы открываться позади мозга (как у современных членистоногих). У Cardiodictyon рот находится перед мозгом. Выходит, что у Cardiodictyon мозг и головная нервная система эволюционировали независимо от сегментированной брюшной нервной цепочки.
Идентичная экспресия регуляторных генов Six3, Pax6 и Otx в трёх мозговых доменах у Cardiodictyon свидетельствует, что трёхдоменная архитектура переднего мозга является плезиоморфным (наследуемым) признаком общего предка всех линяющих, возникшим ещё в эдиакарии, задолго до кембрийского взрыва. Наличие зрительных центров в мозге Cardiodictyon при отсутствии линз доказывает, что мозговые структуры зрения возникли раньше хрусталика. Глаза разных групп (от примитивных световых ямок до сложных GRIN-линз трилобитообразных, решающих проблему двулучепреломления в мутной воде) развивались независимо и конвергентно уже в кембрии. Это опровергает старую модель: голова не была слеплена из туловищных сегментов. Напротив, несегментированный мозг существовал как самостоятельный орган до появления сегментации туловища, а кембрийская эволюция сводилась к адаптивной перестройке периферии (зрение, локомоция и т.д.) при неизменном центральном плане.

Обещаю, что биоарт будет выпускаться там тоже, но куда реже

Perceptio (АРХИВ) pinned «Важное объявление! Этот проект завершает свою работу, но я продолжаю в новом формате. Мой новый канал — @visual_ecology, где мы будем изучать другое направление, но центральная тема одна и та же. Буду безумно рада видеть вас там! Подписывайтесь, и спасибо…»

Важное объявление! Этот проект завершает свою работу, но я продолжаю в новом формате. Мой новый канал — @visual_ecology, где мы будем изучать другое направление, но центральная тема одна и та же. Буду безумно рада видеть вас там! Подписывайтесь, и спасибо вам за то, что оставались со мною несмотря на приостановление выхода постов и обделение контентом.

🤩Musca Linnaeus
фасеточное строение: у мух глаза состоят из омматидиев (множество структурных единиц). каждый из них работает как микроскоп, в дальнейшем они собирают полноценную картинку. помимо этого у них есть еще 3 простых глаза - оцелли. ещё одна удивительная способность заключается в том, что у мух присутствуют специальные мышцы, которые могут менять кривизну глаза, это позволяет им лучше развидеть определенный объект, а фасетки плотно спаяны с хитиновым экзоскелетом.

когда человек пытается поймать муху, он обычно всегда промазывает, это связано с тем, что мухи видят замедленную картинку действия, улавливая её, быстро отлетают, меняя траекторию.

высокий обзор: у мух глаза расположены по бокам, что увеличивает их остроту зрения и дает им обзор в 360°(оба глаза в совокупности).
зрительная система: она способна обрабатывать 250 кадров в секунду, превышая способность человека.
хеморецепторы: мухи чувствуют вкус лапками, на них расположены хеморецепторы (органы вкуса), которые в 10 раз чувствительнее, чем человеческий язык, поэтому мухи очень любят в человеческом понятии "умываться", тем самым они дегустируют продукт. на этих же лапках есть клейкое вещество, которое помогает мухе цепляться за поверхности.
крылья: одна пара перепончатых крыльев, они нужны для полёта. задние крылья эволюционировали в жужжальца (органы равновесия).

Насчёт этого поста у меня очень неоднозначные ощущение и прям хочется дополнить ещё некоторыми высказываниями.

Хоть я и всегда топлю за проверку фактов, которые вы видите в постах, тут я предпочту об этом НАСТОЯТЕЛЬНО НАПОМНИТЬ. Дело в том, что данная тема ещё находится в состоянии исследования. Я и так по максимуму старался избегать броских фактов, ведь сами учёные ещё мало в чём уверены. Если вас заинтересовала эта тема – я посоветую изучить её подробнее, тщательно проверяя достоверность источников. Могу поделиться вот таким видео, которое довольно хорошо помогло мне понять механизм данного процесса:
https://youtu.be/FytxLiHlah4?si=zWi5XwNnZKIM1WDF

Во-вторых, я успел проклясть и одновременно влюбиться в эту тему по уши. Разумеется, что часто редактура оказывается куда сложнее самого написания, но тут мне пришлось перекроить треть текста точно.

И в-третьих, пост получился огромным. Наверное, лучше было бы закинуть его в телетайп, но когда я так делаю, у меня возникает ощущение, что никто это читать не будет. Хотя даже в таком виде я в этом не уверен.

Так или иначе этот пост – моя гордость. Пойду повешу его в рамочку. Всем спасибо за внимание.

Считается, что внутреннее ухо может участвовать в восприятии магнитного поля через электромагнитные эффекты, однако эта гипотеза всё ещё исследуется.

Как вывод, у птиц нет одной единственной теории. Их навигация – это многоуровневая система: квантовый компас в глазах задает направление, загадочная система тройничного нерва (чей сенсор пока не найден) собирает карту координат, а возможная электромагнитная чувствительность внутреннего уха может дополнять эту систему.

Пожалуй, этот пост будет одним из самых любимых. Я прошёл долгий путь – от полного непонимания до возможности это объяснить. Тема оказалась невероятно красивой, под конец я полностью осознал факт того, насколько сильна Природа, ведь создает нечто подобное. Всем вдохновения, друзья! Мне нужно больше подобных тем...

Их спины, изначально бывшие идеальной парой, теперь разделены в пространстве, но всё ещё сохраняют квантовую корреляцию. Из-за этой связи они начинают колебаться между двумя состояниями: синглетом и триплетом.

Синглет и триплет – это просто варианты взаимного состояния двух спинов.

В синглетном состоянии спины имеют противоположную квантовую комбинацию, а суммарный спин равен нулю.
В синглете легко может произойти обратная реакция, и исходная молекула восстанавливается.

Триплет – это семейство состояний с суммарным спином 1. Суммарный спин не равен нулю, поэтому это состояние иначе взаимодействует с внешними магнитными полями.
Возврат в исходное состояние становится менее вероятным, поэтому могут возникать другие химические продукты.

Суть в том, что пара электронов не застревает в одном положении навсегда. Она может осциллировать – колебаться между синглетом и триплетом.

И вот тут вмешивается магнитное поле Земли.
Земное магнитное поле хоть и очень слабое, но его достаточно, чтобы влиять на скорость этих колебаний. В зависимости от того, под каким углом голова птицы наклонена к линиям магнитного поля Земли, колебания сдвигаются либо в сторону синглета, либо в сторону триплета.
Магнитное поле меняет вероятность образования разных химических продуктов, а клетка воспринимает эту разницу как информацию о направлении.

Птица способна воспринимать направление магнитного поля и накладывать эту информацию на зрительное восприятие. Согласно некоторым моделям, разница в количестве химических продуктов в разных частях сетчатки создает накладывающиеся зрительные сигналы. Для птицы это выглядит, грубо говоря, как более светлые или темные пятна в поле зрения, указывающие направление магнитных линий.

Помимо этого, существует ещё и важная оптическая надстройка – система, которая может помогать работе квантового компаса.
В сетчатке птиц есть особые рецепторы – двойные колбочки, внутри которых находятся микроскопические капли жира, окрашенные природными пигментами.

Дело в том, что квантовый компас очень капризен. Чтобы птица могла ориентироваться, её глазам нужно одновременно решать две задачи: видеть обычный мир и считывать магнитные линии. Масляные капли работают как микролинзы и цветные светофильтры. Они отсекают «лишний» свет, блики и визуальный шум. Предполагается, что масляные капли могут улучшать обработку визуальных сигналов, связанных с магнитной ориентацией.

О компасе поговорили. Но ведь есть ещё и карта! Долгое время считалось, что она держится на таком минерале, как магнетит (природный оксид железа).

И здесь начинается настоящий научный детектив. Учёные действительно находили скопления железа в клювах птиц и предположили, что это микроскопические кристаллы магнетита, которые могли бы работать как магнитные сенсоры. Однако в 2012 году выяснилось, что эти железосодержащие клетки – вовсе не сенсоры, а обычные макрофаги, клетки иммунной системы, которые утилизируют старые эритроциты. Сенсация не подтвердилась.

Но это не значит, что карты не существует! Эксперименты показывают, что повреждение тройничного нерва нарушает магнитную ориентацию птиц. Исходя из этого, возможно, что сигнал для «карты» идёт именно по этому пути. Учёные знают, что эта система работает, но до сих пор не могут найти сам сенсор – тот самый орган или клетку, которая этот сигнал генерирует. Где именно находится магнитный рецептор – остаётся одной из главных загадок современной биологии.

А пока учёные искали магнетит, физики вспомнили про другой фундаментальный закон – закон индукции Фарадея. И вот тут внутреннее ухо птиц вышло на главную сцену.
По закону Фарадея, если проводник движется в магнитном поле, в нем возникает электрический ток. Полукружные каналы во внутреннем ухе птиц заполнены проводящей ток жидкостью – эндолимфой. Когда птица летит и крутит головой, жидкость движется сквозь магнитное поле Земли. Существует гипотеза, что в ней возникают микротоки, которые улавливают нежнейшие волосковые клетки уха, снабженные особыми электрорецепторами.

Удивлялись ли вы когда-нибудь ориентации в пространстве птиц? То, как они летают на миллионы километров, а потом возвращаются в прежнюю локацию. И это всё без привычных нам карт или компасов. Но у птиц есть своя навигационная система – невероятно красивая и изящная, подобно биологическому компасу. Для этого у них есть два прибора – компас и карта. #biology

Важное примечание: так как речь тут пойдет о процессах квантовой механики, некоторые аналогии могут быть упрощены для доступности. Приятного прочтения!

Для некоторых может показаться удивительным слово «квантовый» в посте про птиц. Но в современной науке это вполне обычное явление, для которого даже выделен отдельный раздел – квантовая биология. Поэтому перед тем, как подойти непосредственно к птицам, нам придется познакомиться и с некоторыми фундаментальными свойствами в мире квантовой механики, чтобы понять эти же процессы в живых организмах.

1) Спин электрона
При описании электрона выделяют такое свойство как спин. Обычно на моделях его показывают буквально как вращение. Конечно, никакого привычного нам вращения в квантовом мире нет, как и всех остальных явлений макромира, но для простоты понимания мы будем считать это именно вращением.
В физике принято, что движение заряженных частиц порождает магнитное поле. Однако со спином всё интереснее: электрон обладает собственным магнитным моментом, связанным со спином, даже без физического перемещения.
У электрона есть два возможных квантовых состояния спина, которые условно обозначают как "вверх" и "вниз". Это опять же не означает реальное вращение частицы вокруг своей оси.
К слову, на одной орбитали в атоме могут находиться два электрона только с противоположными спинами. Это будет ещё упоминаться чуть ниже.

2) Радикалы и пары радикалов.
Обычная стабильная химическая связь состоит из пары электронов с противоположными спинами, которые удерживают два атома вместе. Своеобразная нить между ними из двух электронов.
Под действием света или тепла связь между ними разрывается.
Один электрон из связывающей пары уходит к атому A, а второй – к атому B. В результате образуются две частицы, каждая из которых имеет по одному неспаренному электрону на внешней орбитали. Это и есть радикалы, а вместе они составляют радикальную пару.
Электрон никуда не исчезает. Он остается на внешней оболочке своего атома/молекулы, но лишается своего «напарника». Из-за этого радикалы химически крайне агрессивны: они стремятся либо вернуть себе пару, либо отдать этот электрон.

Но самое фантастическое происходит на квантовом уровне: даже разлетевшись по разным атомам, эти два неспаренных электрона сохраняют квантовую корреляцию, образуя единую систему – радикальную пару, которая невероятно чувствительна к внешнему миру.

Такой механизм происходит внутри глаза птицы, в светочувствительных белках на сетчатке – криптохромах, которые реагируют на воздействие синего света. Реакция происходит между двумя молекулами:

1) ФАД
Это сердце квантового компаса. ФАД – это производное обычного витамина B2. Именно он является светочувствительной частью.
ФАД сидит внутри белка и ждет, когда на него упадет фотон синего света. Когда это происходит, молекула переходит в возбужденное состояние и принимает электрон через цепочку триптофановых остатков.

2) Триптофан
Это незаменимая аминокислота. В структуре криптохрома есть целая цепочка из четырех остатков триптофана.
Он является донором электрона. Когда ФАД возбуждается от синего света, ближайший триптофан отдает ему свой электрон. Чтобы восполнить потерю, этот триптофан забирает электрон у следующего в цепочке, тот – у третьего, а третий – у четвертого. Получается «электронная эстафета», в ходе которой электрон перескакивает по цепочке триптофанов прямиком к ФАД.

Как только электрон перелетел от триптофана к ФАД, физика процесса меняется. ФАД принимает электрон и переходит в радикальную форму, а триптофан теряет электрон и тоже становится радикалом. В этот самый момент рождается пара радикалов – два неспаренных электрона на небольшом расстоянии друг от друга.

Innopolis Neuroscience на открытии первого института мозга в Центральной Азии 🧠

В этот раз мы приняли участие в симпозиуме "Perspectives of Integrative Neuroscience", проведенный в рамках большого международного форума IFBioScFU 2026 в Алматы.

Поводов для мероприятия было сразу два: выход первого номера журнала Neuroscience Perspectives и открытие первого в Центральной Азии института мозга при КазНУ - с чем мы искренне поздравляем! 🎉

Двух-дневная програма включила в себя пленарную сессию, 6 секций (от когнитивных и вычислительных нейронаук до нейротехнологий в образовании), экскурсия по кампусу и суперкомпьютеру, а так же практические мастер-классы. Последние, оказались крайне интересными: EEG, TMS, и мастер-класс-демонстрация нового исследовательского МRI на 3 тесла. Причём на сканере, я лично выступил в роли испытуемого :)

Здравствуйте! Спешу поделиться радостной новостью: несмотря на второе место на городском этапе, нас всё же допустили до областного. Научный руководитель защитила проект перед акиматом и заручилась одобрением комитета. Следующий этап состоится осенью нового учебного года, так что у нас будет время доработать проект, включая саму анкету. Следите за обновлениями!

Обещаю, что летом их будет гораздо больше. Сейчас я занята школьными заботами