Осьминоги — чужаки с гениальной архитектурой
Представьте, что вы осьминог. С первых дней вашей жизни вы будто ребёнок: исследуете мир, развиваетесь, осваиваете пространство. Но вот в чём парадокс — едва достигнув зрелости, вы запускаете в себе механизм самоуничтожения. Эндокринная система включает биологический таймер, и организм стремительно угасает. Размножение — это не просто финал, это команда на выход.
Некоторые особи стараются отложить этот момент — например, не размножаться совсем, но система всё равно берёт своё. В среднем у осьминога есть около четырёх лет жизни. За это короткое время он успевает не только развиться интеллектуально, но и продемонстрировать феноменальные способности к обучению и адаптации.
Однако всё, что он узнал, осознал или понял — исчезает вместе с ним. Потомства он не видит. У осьминогов нет культурной или социальной передачи знаний. Большинство из них ведут уединённый образ жизни, и даже общение между собой у них сведено к минимуму.
Таким образом, каждая особь начинает с нуля. Каждый осьминог — это цивилизация, которая появляется, развивается и умирает, не оставив записей, традиций или даже устных историй.
Что делает осьминогов настолько уникальными?
Во-первых, их анатомия — это настоящий вызов классической биологии. Они чувствуют запах ногами, способны воспринимать свет кожей, а их щупальца обладают значительной автономией. То, что для других животных связано с головным мозгом, у осьминога распределено по всему телу.
У осьминога три сердца и синяя кровь на основе меди. Его пищеварительная и нервная системы устроены так, что он буквально ест задом, а остатки пищи проходят рядом с мозгом. И всё это окружено тканью, способной изменять цвет, форму и даже текстуру — лучшая маскировка среди всех известных существ.
Кроме того, осьминоги могут редактировать до 60% своей РНК, создавая уникальные белки под конкретные условия окружающей среды — невероятная гибкость, недоступная даже человеку.
Почему мы до сих пор плохо понимаем осьминогов?
Исследовать осьминогов — задача не из лёгких. Их нейрофизиология настолько необычна, что лишь недавно стало возможным делать им полноценную ЭЭГ. Но даже с этой технологией мы лишь стоим у порога понимания. Из-за колоссального отличия от млекопитающих большинство наших гипотез — это догадки. Даже то, что кажется очевидным, может оказаться ложным, когда речь идёт об осьминогах.
Щупальца: восемь автономных мозгов
У осьминога восемь щупалец — гибких, мощных и чрезвычайно умных. В отличие от человеческих конечностей, каждое щупальце не просто управляется центральным мозгом — в нём есть собственный «локальный интеллект», отдельный набор нейронных команд и возможность принимать решения без участия головного мозга.
Центральный мозг лишь передаёт общее «состояние» или команду (например, «исследуй» или «схвати»), а щупальце самостоятельно определяет, как именно выполнить задание. Это похоже на то, как человек шагает — не контролируя каждое движение ноги, а используя автоматизированный макрос. Только у осьминога таких макросов значительно больше, и они работают куда сложнее.
Как осьминог взаимодействует с миром?
Когда щупальце касается чего-либо, оно «решает», насколько прочно стоит держать объект. Если предмет кажется живым или съедобным — сцепление будет сильным, практически мгновенным. И даже если осьминог занят другим — например, задумался — щупальце продолжает работу: ощупывает дно, изучает текстуры и даже может схватить что-то полезное без ведома хозяина. Часто осьминоги «вспоминают» о добыче, уже держа её в руках.
Некоторые виды, как Argonauta argo, способны отделять специализированное щупальце — гектокотиль — и отправлять его к самке для оплодотворения. Это словно мини-дрон с конкретной задачей.
Осьминог — живое доказательство альтернативного пути разума
В природе осьминог — уникальный пример того, что интеллект может развиваться вовсе не по млекопитающему сценарию. Он не полагается на социальное обучение, не передаёт знания, не живёт долго, не использует речь. Но при этом решает головоломки, использует инструменты, планирует и адаптируется.
Возможно, если бы существовала цивилизация осьминогов, она была бы краткой, молчаливой и незаметной — но невероятно умной. Мы только начинаем понимать, насколько разнообразным может быть интеллект в природе.
Осьминоги — это не просто странные существа. Это инопланетяне среди нас, загадка биологии и повод взглянуть на разум с другой стороны.
В результате дальнейших экспериментов было установлено, что в коже осьминога присутствует химическое соединение, которое взаимодействует с рецепторами на поверхности присосок и препятствует их сцеплению с собственным телом. Таким образом, осьминог не способен хватать самого себя — поверхность его тела маркируется специфическим химическим «ключом», распознаваемым нервной системой.Особенно интересной представляется организация нервной системы осьминога, отличающаяся высоким уровнем децентрализации и виртуализации.
Вместо чётко выделенных моторных центров, как у позвоночных животных, у осьминога наблюдается плотная интеграция нейронных сетей, способных к динамической переконфигурации. Это означает, что одни и те же группы нейронов могут участвовать в различных задачах управления движением, в зависимости от контекста. Вот фрагмент из статьи «Nonsomatotopic Organization of the Higher Motor Centers in Octopus», где изучалось распределение нейронной активности с использованием кобальтовой инъекции:
«В отличие от мозга позвоночных, насекомых и даже других моллюсков, осьминог представляет собой уникальный пример. Полученные данные свидетельствуют о существовании смешанных и распределённых нейронных сетей, в которых отдельные клетки или их группы могут динамически вовлекаться в разные моторные сети. Это вызывает вопрос: осуществляется ли интеграция мультимодальной сенсорной информации благодаря такой особой несоматотопической структуре высших моторных центров? Предварительные наблюдения у свободно движущихся осьминогов указывают на существование нейронов, реагирующих одновременно на зрительные и тактильные стимулы в рамках одной области, что подтверждает гипотезу о кроссмодальной интеграции».
Что касается точности двигательного контроля — она чрезвычайно высока. Осьминог способен аккуратно снимать панцирь с лангустина или вскрывать раковины двустворчатых моллюсков. Однако при обучении их рисованию возникают трудности, связанные с отсутствием соответствующих интерфейсов: стандартные манипуляторы разрабатываются для рук, тогда как щупальца требуют принципиально иного подхода, аналогичного переходу от декартовых к полярным координатам.
Общее устройство
Изначально предками современных головоногих были примитивные мягкотелые организмы, обитавшие в раковинах. Подобных существ до сих пор можно встретить в морских ресторанах. Раковина обеспечивала элементарную защиту от хищников: плотная оболочка затрудняла доступ и заставляла противника отступить.Со временем конкуренция в морской среде усилилась. Исследования показали, что при наполнении раковины воздухом она приобретает положительную плавучесть, становясь своеобразным поплавком. Это облегчало перемещение по дну. В дальнейшем некоторые виды моллюсков научились использовать такой механизм для маневрирования в толще воды — аналог примитивного аэростата, функционирующего под водой.
Для активного движения потребовался реактивный двигатель. Принцип прост: вода втягивается в полость тела, затем выбрасывается под давлением в противоположную сторону, создавая тягу. Таким образом осуществляется реактивное движение:
Поскольку для передвижения больше не требовалась нога, она преобразовалась в
хватательный орган. В результате в процессе эволюции появились щупальца —
высокочувствительные и подвижные структуры. Их количество определяется не
столько функциональной необходимостью, сколько особенностями эмбрионального
развития и генетической регуляции. Условно говоря, молекулярная «платформа»,
на которой формировался осьминог, определяла архитектуру его тела.
Эволюционные изменения происходят медленно, и корректировки в «техническое
задание» возможны лишь раз в несколько миллионов лет.
Эта биологическая архитектура оказалась настолько эффективной, что остатки ранних форм головоногих регулярно находят в ископаемых породах, таких как известняк:
Итак, развитие специализированных щупалец, реактивного двигателя и адаптивной
нервной системы позволило головоногим моллюскам эволюционировать в
высокоэффективных морских хищников.
Это свояк нашего осьминога.
С развитием систем активного передвижения у головоногих моллюсков отпала необходимость в поддержании плавучести за счёт объёма — как у воздушного шара. Современным представителям группы, в частности осьминогам, не нужно быть легче воды: их движение обеспечивается мощной мускулатурой и реактивной тягой. Раковина либо полностью исчезла, либо редуцирована до небольшого внутреннего образования — у некоторых видов она трансформировалась в тонкую пластину. Стабильность тела при этом снизилась, уязвимость возросла, но такие изменения обеспечили резкое преимущество в скорости, манёвренности и агрессивности. Эволюция отдала приоритет не защите, а нападению, стремительности и интеллектуальному поведению. Предки осьминогов словно «распределили очки» в ловкость и ум — что, учитывая их короткую продолжительность жизни, выглядит необычным.
Почему это парадоксально? Потому что осьминоги живут всего 4–6 лет, не передают знания потомству, обучаются с нуля и имеют крайне ограниченное количество «жизненных попыток». Ошибки обходятся дорого — от потери щупальца до гибели. Даже когда животное адаптировалось к среде и научилось выживать, его жизненный цикл может уже подходить к концу. Это делает эволюционную ставку на интеллект особенно интересной: природа, возможно, в этом случае проявила не столько жестокость, сколько редкий «романтизм» — почти в японском стиле повествования.
По мере эволюции твёрдые части тела почти исчезли: остался только клюв — хрящевые челюсти, располагающиеся в центре тела. Клюв способен нанести болезненный укус (что подтверждено практическими наблюдениями). Из-за этого элементарный диаметр отверстия, через которое осьминог может «протечь», ограничивается либо размером его глаза, либо клюва — в зависимости от того, что больше.
Это рот осьминога
Таким образом, осьминог — практически чистый белковый концентрат. Его тело — это сплошная мышечная масса, крайне питательная и привлекательная для хищников. Его охотно поедают донные акулы, морские рыбы, морские млекопитающие (включая тюленей), а также некоторые виды птиц. Однако убежать от угрозы осьминог не всегда способен: многие хищники быстрее его, а сил в схватке с крупной рыбой может не хватить.
Интеллект тоже не всегда спасает: когда хищник уже заметил жертву, думать — поздно. Но у осьминога есть ещё одно важное приспособление — чернильная железа. Она позволяет в экстренных ситуациях выпустить облако тёмной жидкости, временно маскирующее животное и сбивающее преследователя с толку.
Тактика следующая: осьминог подбирается ближе к врагу, выпускает плотное облако чернил, имитирующее форму его тела, резко меняет окраску на белую и уходит в сторону. Хищник инстинктивно атакует облако, а осьминог в это время скрывается. Эффективность такой стратегии повышается за счёт смены цвета, направления и даже размеров тела, что дезориентирует преследователя. Вот видео, иллюстрирующее этот приём:
Механизм смены окраски у осьминога уникален: по всей коже распределены пигментные клетки (хроматофоры), которые управляются не мозгом напрямую, а локальными нейронными узлами в коже. Это позволяет осьминогу «видеть» кожей и подбирать окраску в реальном времени в зависимости от окружающей текстуры. В отличие от других моллюсков, таких как каракатицы, которые используют ограниченный набор шаблонов, осьминог способен к точному копированию структуры и цвета подстилающей поверхности.
Маскировка у осьминогов выполняет преимущественно атакующую функцию: благодаря медленному и незаметному передвижению они способны сливаться с камнями, кораллами и даже имитировать других морских животных (мимический осьминог). Помимо мимикрии, осьминоги выражают эмоции через цвет кожи: например, белый — признак концентрации или настороженности, красный — интереса или агрессии.
Белый осьминог демонстрирует сосредоточенность
Красный — проявление интереса к задаче
Зрелый осьминог, освоившийся в своём окружении, может быть относительно безопасен. Он знает, где спрятаться, как соорудить укрытие, как вести себя при угрозе. Он не отдаляется от своего «дома», контролирует территорию, имеет запасной способ спасения — чернила, а также восемь щупалец, которые могут быть утрачены и со временем восстановлены.
Наибольшие потери среди осьминогов происходят на ранних стадиях жизни. Из сотен отложенных яиц выживают лишь единицы — в среднем два потомка достигают зрелости. Остальные становятся пищей для других морских организмов, играя важную роль в пищевой цепи.
Осьминог питается в основном беспозвоночными, ракообразными, мелкой рыбой и другими моллюсками. Он способен охотиться даже на омаров. Отдаёт предпочтение жирной и богатой белком пище, с энтузиазмом выбирает мидий, лангустинов и других «деликатесов». Добыча пищи требует высокого уровня интеллекта: многие источники корма спрятаны, и требуется планирование, запоминание и ловкость.
Если интересно, вот история, как им были подарены сложные деревянные коробки — как своеобразные головоломки от мастеров столярного дела.
Мозг осьминога — один из наиболее развитых среди всех беспозвоночных. У него есть зачаточная кора, а анатомически он охватывает пищевод — такая архитектура характерна для головоногих. Животные, адаптированные к неволе, например, в Москвариуме, через два года уверенно распознают «своих» людей, решают задачи, различают лица через стекло, менее подвержены стрессу и демонстрируют развитие в когнитивной сфере. В лабораториях осьминоги ещё более умны благодаря постоянной стимуляции и новым задачам.
У вида *Octopus vulgaris* насчитывается около 500 миллионов нейронов. Лишь 10%
из них сосредоточены в мозге, остальная часть распределена по щупальцам и
кожным рецепторам. Для сравнения: у человека — около 100 миллиардов нейронов
(86% — в мозге), у слона — около 300 миллиардов, у ворона — 2,2 миллиарда, у
собаки — 530 миллионов, у кошки — около 250 миллионов.
Mather, J. A., & Dickel, L. (2017). Cephalopod complex cognition,
doi:10.1016/j.cobeha.2017.06.008
Интеллект осьминогов проявляется в способности ориентироваться на местности, строить когнитивные карты, планировать добычу пищи на будущее (например, возвращаться туда, где она появится позже), и избирательно проверять перспективные участки. Это делает их одними из самых умных морских животных.
Глаза у осьминога устроены похоже на человеческие: есть хрусталик и сетчатка,
но зрачок у них — прямоугольный, а чувствительные клетки направлены наружу, в
сторону света. У нас же, как и у ряда пауков, сетчатка ориентирована внутрь,
на отражающую подложку. Это обеспечивает коррекцию изображения: у пауков,
например, фотон может сначала пройти мимо, а затем — отразиться обратно и быть
уловленным. Шумов становится больше, но чувствительность возрастает — условное
«повышенное ISO». Пользователь BugM в комментарии отмечает ещё один интересный момент: «Они научились использовать хроматическую аберрацию хрусталика. Изменяя глубину фокусировки, осьминоги могут воспринимать разные длины волн света — по сути, распознавать цвета без наличия колбочек в сетчатке.»
Хотя глаза у них монохромные, поляризацию света они различают. Это критически важно для навигации и охоты на глубине: снизу вверх, через солнечные лучи, рыбу можно заметить именно по изменению поляризации, даже без цветового зрения.
«Система внешней мимикрии кожи, основанная на хроматофорах, вероятно, не контролируется самим осьминогом визуально. Однако в лабораторных условиях осьминоги демонстрируют высокую обучаемость в распознавании форм и ориентиров, что, вероятно, требует сознательной обработки. Они способны ориентироваться по поляризации света и зрительным маркерам в пространстве.»
Octopus Consciousness: The Role of Perceptual Richness
Такой тип зрения позволяет заменять цветовое восприятие, особенно в условиях плохой освещённости. Но у него есть побочные эффекты, как, например, невозможность корректно распознавать определённые визуальные паттерны — нечто вроде «слепоты на кресты», как в романе «Ложная слепота».
Слух у осьминогов тоже развит: они воспринимают частоты, недоступные
человеческому уху. По поводу сердца: распространено мнение о трёх, но на деле всё несколько сложнее. У осьминога есть одно основное сердце, поддерживающее системное кровообращение, и два жаберных насоса — это скорее вспомогательные насосные станции, обеспечивающие давление на жабры. Они стабилизируют поток, особенно при нагрузке. Похожий механизм мог бы пригодиться и жирафу, ведь его длинная шея создаёт гидростатические проблемы при каждом наклоне головы. Пример эффектной жирафовой «драки» я снял вот здесь.
Кровь у осьминога синяя из-за гемоцианина — белка, содержащего медь, а не железо. Окисленный гемоцианин светится и окрашен в синий цвет. Хотя гемоглобин эффективнее и переносит больше кислорода, гемоцианин надёжнее в условиях низких температур, медленнее окисляется и устойчив к утечкам из тканей. Для холодной морской среды — оптимальный выбор.
Что касается редактирования РНК — осьминоги здесь абсолютные чемпионы. В то время как у большинства организмов редактируются лишь отдельные участки, у некоторых головоногих, как показали исследования 2015 года и 2017 года, редактироваться может до 60% транскриптов. Это снижает скорость эволюции ДНК, но позволяет осьминогу на месте настраивать состав белков в ответ на условия среды. Нервная система даёт сигнал «похолодало» — и из одного набора генов может получиться адаптированная к холоду особь. Это не видовая эволюция — это внутривидовая реконфигурация.
Повседневная жизнь осьминога
В природе осьминог большую часть времени занят двумя задачами: найти пищу и не попасться самому. Он анализирует обстановку, наблюдает за поведением других морских обитателей, выбирает безопасный момент для охоты. Прячется мастерски: ползёт по дну как камень, маскируется под хищника, меняет форму и цвет. В экстренной ситуации может раскраситься под ядовитое существо или напугать мнимыми глазами.У кальмаров замечена стратегия сбивания с толку: они способны отображать ложные глаза с другой стороны тела, чтобы враг не понял, где перед. Некоторые виды оснащены биолюминесцентными точками на концах щупалец и способны «ослеплять» противника резким голубым светом.
В качестве жилища подойдёт любая подходящая по размеру щель или полость. Осьминог обустраивает укрытие камнями, меняет его форму под себя. Некоторые виды, как *Amphioctopus marginatus*, носят укрытия с собой — например, половинки кокоса. В неволе, если не предоставить укрытие, осьминог быстрее впадает в стресс и живёт заметно меньше. В Москвариуме, например, ему дают на выбор сразу два убежища.
Раз в несколько дней местные осьминоги взаимодействуют с водолазом: играют, отнимают инвентарь, исследуют. Некоторые пытаются снять дыхательную трубку, провоцируя бурную реакцию и множество пузырей. С течением времени различают людей и запоминают, с кем можно «поиграть» активнее. Поведение различается в зависимости от водолаза, а реакция — от индивидуальных особенностей самого осьминога.
Осьминог может сесть на плечо знакомому водолазу, подобно попугаю на пиратском
плече. Однако некоторые особи, по необъяснимым причинам, выделяют других людей
и проявляют к ним агрессию — могут сразу атаковать. Поскольку осьминоги,
вероятно, догадываются, как именно человек их видит, они могут сесть на маску
водолаза и тем самым ограничить его обзор. Такое поведение, по-видимому,
доставляет им удовольствие. В целом, осьминог часто пытается присосаться к
человеку, чтобы подтянуть его ближе и укусить. Возможно, это часть программы
исследования — поочерёдное ощупывание и захват всё больших участков объекта.
Ниже приведён короткий
рассказ
водолаза.
«Я думал, что эта их наклонность мне мерещится, но несколько лет назад мне довелось поговорить с Дэвидом Шелем, который работает с осьминогами постоянно. Он тоже сказал, что осьминоги, по-видимому, способны проницательно отслеживать, смотрит он на них или нет, и предпринимают действия тогда, когда он не смотрит. Полагаю, что это удовлетворительно объясняется как поведение, присущее осьминогам в естественной среде: от барракуды лучше удирать, когда она не смотрит, чем когда она смотрит. Но то, что осьминоги быстро обучаются применять это к человеку — будь он в плавательной маске или без нее, — впечатляет.»
Питер Годфри-Смит
Когда осьминог сыт, он, как правило, остаётся в своей пещере, занимается уборкой — выбрасывает мусор, периодически выходит для осмотра и ощупывания новых предметов в окрестностях.
Со временем наступает период размножения. Если осьминог достиг половой зрелости, он начинает искать себе пару. Самец передаёт самке сперматофор — капсулу с генетическим материалом. Если самку найти не удаётся, сперматофор выбрасывается в окружающую среду. Самка, даже при отсутствии самца, всё равно проходит овуляцию, откладывает неоплодотворённые яйца и вскоре погибает. В отличие от млекопитающих, у которых родительское поведение часто продолжается после спаривания, у осьминогов предусмотрена только одна репродуктивная попытка.
Аналогичное поведение наблюдается и у каракатиц:
«К концу южной зимы каракатицы резко вступили в период заката. Он наблюдался в течение нескольких недель, иногда даже дней — в тех случаях, когда мне удавалось отследить судьбу конкретной особи. Они вдруг начинали буквально разваливаться. Вскоре оказывалось, что у кого-то недостает щупальцев и кусков плоти. Они начинали терять свою волшебную кожу. Вначале я думал, что белые пятна — очередная смена расцветки, но, приглядевшись, увидел, что внешний слой кожи, живой видеоэкран, отслаивается, обнажая однотонное белое мясо. Их глаза мутнели. Под конец этого процесса каракатица уже неспособна держаться на плаву. Однажды начавшись, деградация происходит очень быстро. Их здоровье летит под откос. С тех пор как я узнал об их будущем, общаться с этими животными, особенно теми, с кем я подружился, стало для меня тяжело. Им так недолго оставалось жить на свете. К тому же в свете этого открытия меня еще больше озадачивал их большой мозг. В чем смысл наращивать мощную нервную систему, если через год или два умрешь? Механика интеллекта требует немалых затрат и на построение, и на функционирование. Польза обучаемости — преимущества, которое дает большой мозг, — по идее, зависит от продолжительности жизни. Для чего вкладывать ресурсы в процесс познания мира, если на использование полученной информации практически не остается времени?»
Всё это биологически запрограммировано. Репродуктивная сезонность у осьминогов синхронизирована с пиками пищевой доступности для потомства. Самка охраняет кладку, и в это время её пищеварительная система начинает разрушаться. Ранее предполагалось, что самка погибает от голода, и её пробовали докармливать, однако оказалось, что за смерть отвечает эндокринная система — гормональные изменения запускают целую цепочку процессов: выпадение кожи, появление залысин, нарушение поведения.
Почему же у них такая быстрая смерть после размножения? Существует несколько эволюционных гипотез. Первая — гипотеза Медавара, согласно которой мутации, проявляющиеся в старости, накапливаются, поскольку естественный отбор действует преимущественно в молодом возрасте. Старение не оказывает влияния на выживание вида, если оно наступает после передачи генов. Например, у слонов старые самки играют важную роль как хранители информации и передают опыт молодым, что способствует выживанию стада. У осьминогов такого социального механизма нет: встретив собственное потомство, они скорее его съедят, чем обучат.
Вторая гипотеза — гипотеза Уильямса, подтверждённая большим количеством данных. Она утверждает, что генотипы, способствующие раннему и успешному размножению, могут сокращать продолжительность жизни. Если особь уже передала гены, то биологически дальнейшее существование становится необязательным. Мутации, усиливающие фертильность в начале жизни, могут распространяться, даже если они вредны в позднем возрасте. Более подробное подтверждение этой идеи приведено в недавнем исследовании , основанном на анализе генетических данных 276 тысяч человек из Великобритании.
Уже в 1977 году выдвигалась гипотеза о том, что программа старения осьминогов запускается зрительными (оптическими) железами, расположенными рядом с глазами. В ходе экспериментов на Octopus hummelincki эти железы удаляли хирургическим путём, и вот что удалось выяснить:
«Удаление зрительных желез привело к существенным изменениям в поведении: самки бросили кладку, возобновили питание, набрали вес, а некоторые даже снова спарились. Глэндэктомированные особи жили на 5,75 месяца дольше, чем их интактные собратья».
После секвенирования генома Octopus bimaculoides в 2015 году стало понятно, что зрительные железы действительно играют ключевую роль. Они запускают каскадные молекулярные изменения по всему организму. Причём речь идёт не об одном гормоне — оптическая железа вмешивается в работу сразу нескольких систем: катехоламинов, стероидов, инсулиновой регуляции, а также подавляет синтез белков. Развитая зрительная железа буквально убивает осьминога. В норме мозг контролирует её развитие, пока животное не достигнет зрелости.