RENO, Nevada — Zgubiłeś klucze? Zgubiłeś okulary? Nie pamiętasz, gdzie zaparkowałeś samochód? Być może chciałbyś mieć pamięć sikorki górskiej.

W cieplejszych miesiącach te ważące pół uncji ptaki z mózgami nieco większymi od grochu przechowują dziesiątki tysięcy artykułów spożywczych, takich jak nasiona, w korze drzew, porostach i szczelinach gałęzi drzew w górach. Kiedy nadchodzi zima, potrafią przypomnieć sobie dokładne lokalizacje swoich skrzynek, co pomaga im przetrwać przenikliwe zimno i głęboki śnieg.

W nowym badaniu opublikowanym 17 kwietnia w czasopiśmie Current Biology naukowcy z Uniwersytetu Nevady w Reno i CU Boulder zidentyfikowali prawie sto genów związanych z pamięcią przestrzenną ptaków, czyli zdolnością do przypominania sobie lokalizacji obiektów. Artykuł sugeruje również, że może istnieć potencjalny kompromis pomiędzy posiadaniem solidnej pamięci długoterminowej a możliwością szybkiego porzucenia starych wspomnień i utworzenia nowych.

Odkrycia mogą pomóc biologom lepiej zrozumieć ewolucję pamięci przestrzennej u zwierząt, w tym ludzi.

Vladimir Pravosudov jest profesorem biologii na Uniwersytecie Nevada w Reno i od 25 lat bada sikorki w Sierra Nevada.

„Wykorzystując system terenowy do testowania uczenia się przestrzennego w pamięci u dzikich ptaków, z którego korzystamy od wielu lat, nawiązaliśmy współpracę ze współpracownikami, aby przeanalizować, które geny mogą wpływać na zdolność sikorki do uczenia się i zapamiętywania lokalizacji przestrzennych” – powiedział Pravosudov.

Aby ocenić pamięć przestrzenną dzikich sikorek górskich, zespół Pravosudova opracował sprytny test. W górach Sierra Nevada zawiesili wiele zestawów karmników, każdy z ośmioma karmnikami dla ptaków z nasionami. Każdy karmnik wyposażony jest w bramkę z czytnikiem działającym na częstotliwości radiowej, który może wykryć znaczniki umieszczone przez badaczy na sikorach. Następnie zespół zaprogramował każdą z ośmiu bramek tak, aby otwierały się tylko dla określonych ptaków, tak aby sikorki musiały zapamiętać lokalizację właściwych karmników, które miałyby się przed nimi otworzyć.

Następnie Pravosudov i jego zespół zmierzyli pamięć przestrzenną ptaków, licząc, ile razy każda sikora wylądowała na niewłaściwym karmniku, zanim przypomniała sobie ten właściwy – ptaki z lepszą pamięcią przestrzenną mają niższy poziom błędów.

Korzystając z próbek krwi, zespół z CU Boulder zsekwencjonował także całe genomy 162 oznakowanych sikorek, które zostały przetestowane pod kątem zdolności uczenia się przestrzennego i pamięci przy użyciu inteligentnych macierzy podajników, tworząc największy zbiór danych, jaki kiedykolwiek zebrano w celu oceny podstaw genetycznych zdolności poznawczych sikorek . Porównując genomy ptaków z ich wynikami w teście karmienia, zespół zidentyfikował 97 genów związanych z uczeniem się i pamięcią przestrzenną sikorek. Ptaki posiadające określone warianty genetyczne tych genów podejmowały mniej błędnych prób przed wylądowaniem na wyznaczonych karmnikach w porównaniu z ptakami bez nich.

Według Sary Paduli, współautorki artykułu i doktoratu, duża część tych wariantów genetycznych jest związana z tworzeniem się neuronów w hipokampie, części mózgu odpowiedzialnej za uczenie się i pamięć. student Wydziału Ekologii i Biologii Ewolucyjnej CU Boulder.

„Zrozumienie podstaw genetycznych tej cechy pozwoli nam zrozumieć, w jaki sposób ta cecha ewoluuje” – powiedział Scott Taylor, dyrektor górskiej stacji badawczej CU Boulder i profesor nadzwyczajny na Wydziale Ekologii i Biologii Ewolucyjnej.

Według Taylora wspólny przodek wszystkich sikorek w Ameryce Północnej przechowywał żywność w magazynach. Jednak z siedmiu gatunków sikorek występujących obecnie w Ameryce Północnej dwa nie przechowują pożywienia w magazynach.

„Żyją w łagodniejszym środowisku, gdzie żywność jest ogólnie dostępna przez cały rok. Teraz, gdy znamy regiony genów leżące u podstaw pamięci przestrzennej, możemy przyjrzeć się, jak wygląda zmienność u gatunków, które utraciły pamięć podręczną” – powiedział Taylor.

„To badanie znacznie pogłębiło naszą wiedzę na temat genetyki pamięci przestrzennej u ptaków i szerzej genetyki behawioralnej” – powiedział Georgy Semenov, współautor artykułu i pracownik naukowy w Katedrze Ekologii i Biologii Ewolucyjnej.

Kompromis

Sikorki posiadające wyjątkową pamięć przestrzenną mogą żyć do ośmiu do dziewięciu lat, co jest długim okresem czasu dla małego ptaka – stwierdził Taylor. Jednak posiadanie dobrej pamięci długotrwałej może mieć swoją cenę.

Po kilku dniach wykonywania początkowego zadania zespół badawczy Pravosudova przydzielił ptakom nowe karmniki, aby sprawdzić, jak dobrze ptaki mogą uczyć się nowych miejsc po stałym nagradzaniu ich w innym karmniku, co jest testem zwykle stosowanym do oceny elastyczności poznawczej.

Co ciekawe, sikorki żyjące na wyższych wysokościach zawsze wypadały gorzej w teście „odwrócenia”, mimo że miały lepsze zdolności uczenia się przestrzennego i pamięci w porównaniu z ptakami żyjącymi na niższych i łagodniejszych terenach górskich. Wydawało się, że trudniej jest im porzucić swoje początkowe wspomnienia i stworzyć nowe.

„W bardziej zmiennym środowisku nasi współpracownicy odkryli, że sikorki z dobrą pamięcią długoterminową mogą mieć niekorzystną sytuację” – stwierdził Padula.

Zmieniający się klimat

Podobnie jak wiele innych siedlisk, góry doświadczają szybkich zmian klimatycznych charakteryzujących się szybszymi przejściami od ekstremalnej suszy do ekstremalnych opadów śniegu, przy czym nie jest jasne, w jaki sposób ptaki mogą przystosować się do takich zmian i jak takie zmiany mogą wpływać na zdolność zapamiętywania.

„Ze względu na zmiany klimatyczne możemy spodziewać się, że te selektywne naciski, które od tysięcy lat kształtują specjalną pamięć sikorek, znacząco się przesuną. Zrozumienie podstaw genetycznych tej cechy pozwoli nam śledzić zmiany w ich genomie w czasie” – powiedział Taylor.

„Śledzenie zmian genetycznych związanych z poznaniem przestrzennym pozwoli nam lepiej zrozumieć proces ewolucyjny związany ze zmianami klimatycznymi” – powiedział Pravosudov.

Pravosudov będzie nadal współpracował z grupą Taylora w CU Boulder. Zespół przeprowadził już taki sam eksperyment w Górach Skalistych, gdzie zamieszkuje inna populacja sikorek górskich, która od miliona lat ewoluuje niezależnie od sikorek z Sierra Nevada.

Naukowcy przyjrzą się także szczególnie genom związanym z pamięcią przestrzenną i nauczą się rozumieć, w jaki sposób częstotliwości niektórych wersji genu lub alleli związanych ze zdolnościami poznawczymi zmieniają się na przestrzeni lat w różnych klimatach.

„Możemy sprawdzić, czy selekcja pod kątem niektórych alleli jest silniejsza w latach śnieżnych i słabsza w latach suszy, a także zaobserwować zmiany na przestrzeni wielu lat” – powiedział Pravosudov.

Korzystając z tych metod, naukowcy będą mogli badać procesy ewolucyjne związane z klimatem, koncentrując się szczególnie na poznaniu i genach leżących u jego podstaw.

„Mamy piękny model, który możemy wykorzystać do badania ewolucji procesów poznawczych na naszych górskich podwórkach” – powiedział Pravosudov.

Uniwersytet Nevady w Reno to publiczny uniwersytet badawczy, który składa obietnicę przyszłości opartej na wiedzy. Założony w 1874 r. uniwersytet w Nevadzie zajmujący się dotacjami gruntowymi, na którym studiuje 21 000 studentów. Uniwersytet jest wszechstronną uczelnią doktorską, sklasyfikowaną jako instytucja R1 o bardzo dużej aktywności badawczej według Klasyfikacji Szkolnictwa Wyższego Carnegie. Ponadto uzyskała prestiżową klasyfikację „Carnegie Engaged”, odzwierciedlającą jej wpływ studentów i instytucji na zaangażowanie i służbę obywatelską, wspierany przez szeroką współpracę społeczną i ogólnostanową. Od 2009 roku na terenie kampusu zainwestowano ponad 800 milionów dolarów w zaawansowane laboratoria, akademiki i obiekty. Jest siedzibą Uniwersytetu Nevady, Szkoły Medycznej w Reno i Lekkoatletyki Wolf Pack, a także utrzymuje ogólnostanową misję informacyjną i obecność poprzez programy takie jak University of Nevada, Reno Extension, Nevada Bureau of Mines and Geology, Small Business Development Center, Nevada Seismological Laboratory i jest częścią Nevada System of Higher Education. Dzięki zaangażowaniu w badania poprawiające świat, sukcesy studentów i działania informacyjne na rzecz społeczności i przedsiębiorstw w Nevadzie, Uniwersytet ma wpływ na cały stan i na całym świecie. Po więcej informacji odwiedź http://www.unr.edu.