Sikorki górskie mają wyjątkową pamięć przestrzenną, zapamiętując tysiące miejsc przechowywania pożywienia zimą. Naukowcy odkryli prawie sto genów powiązanych z tą zdolnością, co wskazuje na kompromis między pamięcią długoterminową a tworzeniem nowych. Sikora górska zjada nasiona z karmnika w górskiej stacji badawczej CU Boulder. Źródło: Nicholas Goda/CU Boulder
Sikorki górskie wykazują niezwykłą pamięć przestrzenną, pozwalającą przetrwać zimy, przypominając sobie liczne miejsca składowania pożywienia, a nowe badania odkrywają podłoże genetyczne tej cechy i jej wpływ na adaptację.
Zgubiłeś klucze? Nie pamiętasz, gdzie zaparkowałeś samochód? Gdybyś tylko miał pamięć sikorki górskiej.
Te maleńkie ptaki, każde ważące pół uncji i posiadające mózgi nieco większe od grochu, przechowują dziesiątki tysięcy nasion w różnych kryjówkach, takich jak kora drzew, pod martwymi liśćmi i w szyszkach sosnowych w górach. Gdy nadchodzi zima, są w stanie zapamiętać dokładną lokalizację tych skrytek, co jest niezwykłą umiejętnością, która pomaga im przetrwać surowe zimy i obfite opady śniegu.
W nowym badaniu opublikowanym niedawno w czasopiśmie Aktualna biologianaukowcy z University of Colorado Boulder i University of Nevada w Reno zidentyfikowali prawie sto genów związanych z pamięcią przestrzenną ptaków, czyli zdolnością 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.
„Sickory to imponujące ptaki” – powiedział Scott Taylor, dyrektor górskiej stacji badawczej CU Boulder i profesor nadzwyczajny na Wydziale Ekologii i Biologii Ewolucyjnej. „Zapamiętują dziesiątki tysięcy miejsc, w których przechowywali żywność przez całą zimę, oraz nowy zestaw miejsc następnej zimy. Ich pamięć przestrzenna jest znacznie lepiej rozwinięta niż u wielu innych ptaków, które nie muszą posiadać tej strategii, aby przetrwać mroźne zimy”.
Aby ocenić pamięć przestrzenną dzikich sikorek górskich, współpracownicy Taylora z Uniwersytetu Nevady w Reno, pod kierownictwem profesora biologa Władimira Pravosudova, opracowali sprytny test. Zawiesili wiele zestawów karmników, każdy z ośmioma karmnikami dla ptaków z nasionami w kalifornijskich górach Sierra Nevada. Każdy karmnik ma bramkę z czytnikiem działającym na częstotliwości radiowej, który może wykryć znaczniki umieszczone przez badaczy na sikorach. Następnie zespół zaprogramował każdą bramkę tak, aby otwierała się tylko dla określonych ptaków, tak aby sikorki musiały zapamiętać lokalizację karmników, które miały się przed nimi otworzyć.
Następnie Pravosudov i jego zespół policzyli, ile razy każda sikorka wylądowała na niewłaściwym karmniku, zanim przypomniała sobie ten właściwy. Teoria jest taka, że ptaki z lepszą pamięcią przestrzenną będą miały niższy poziom błędów.
Korzystając z próbek krwi, zespół z CU Boulder zsekwencjonował także cały genom 162 oznakowanych sikorek, tworząc największy zbiór danych, jaki kiedykolwiek zebrano w celu oceny genetycznych podstaw 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 żerowiskach.
Według współautorki artykułu, dr Sary Paduli, duża część tych wariantów jest związana z tworzeniem się neuronów w hipokampie, części mózgu odpowiedzialnej za uczenie się i pamięć. student Wydziału Ekologii i Biologii Ewolucyjnej.
„Zrozumienie podstaw genetycznych tej cechy pozwoli nam zrozumieć, w jaki sposób cecha ewoluuje” – powiedział Taylor.
Taylor zauważa, że wspólny przodek wszystkich sikorek północnoamerykańskich przechowywał żywność w magazynach. Ale z siedmiu gatunek spośród sikorek, które obecnie tu występują, dwa nie.
„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.
„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 dziewięciu lat, co jest długim okresem czasu dla małego ptaka – stwierdził Taylor. Badanie sugeruje jednak, że dobra pamięć długoterminowa może mieć swoją cenę.
Po kilku dniach wykonywania początkowego zadania zespół Pravosudova przydzielił ptakom nowe karmniki.
Ku zaskoczeniu zespołu sikorki, które uzyskały lepsze wyniki w pierwszym teście, miały zazwyczaj trudności z przejściem na nowy podajnik. 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. Na przykład, jeśli nadejdzie niespodziewana burza śnieżna, ptaki te mogą w dalszym ciągu próbować odwiedzić skrytki zakopane w śniegu, zamiast o nich zapomnieć i szukać innych skrytek” – powiedziała Padula.
Zmieniający się klimat
W obliczu szybko zmieniającego się klimatu ptaki, które potrafią szybko tworzyć nowe wspomnienia, mogą przetrwać lepiej.
„Ze względu na zmiany klimatyczne możemy spodziewać się, że te selektywne naciski, które od tysięcy lat kształtują szczególną pamięć sikorek, znacząco się zmienią” – stwierdził Taylor.
Tej zimy Taylor i jego zespół utworzyli tego samego rodzaju układ zasilający w uniwersyteckiej stacji badawczej Mountain Research Station na zachód od Boulder.
Przez ostatni milion lat sikorki górskie w Górach Skalistych ewoluowały niezależnie od sikorek z gór Sierra Nevada. Zespół ma nadzieję zbadać, czy obie grupy ptaków wyewoluowały pamięć przestrzenną w ten sam sposób w różnych regionach geograficznych.
Zespół jest również zainteresowany sprawdzeniem, czy sikorki czarnogłowe, które współistnieją z sikorkami górskimi w Górach Skalistych, wykazują różne umiejętności pamięci przestrzennej. Będą kontynuować eksperyment z podajnikiem w Górskiej Stacji Badawczej podczas nadchodzących zim, aby zebrać więcej danych.
„Nie musimy podróżować do tak odległych części świata, jak Antarktyda, aby zbadać, jak zwierzęta mogą zareagować na zmiany klimatyczne. Możemy to zrobić z ptakami, które zna większość mieszkańców Ameryki Północnej. Myślę, że to coś wyjątkowego w sikorach” – powiedziała Taylor.
Odniesienie: „Geny i sieci genów leżące u podstaw poznania przestrzennego u sikorek gromadzących żywność”: Georgy A. Semenov, Benjamin R. Sonnenberg, Carrie L. Branch, Virginia K. Heinen, Joseph F. Welklin, Sara R. Padula, Ajay M. Patel, Eli S. Bridge, Vladimir V. Pravosudov i Scott A. Taylor, 17 kwietnia 2024 r., Aktualna biologia.
DOI: 10.1016/j.cub.2024.03.058
