นักวิทยาศาสตร์พบความเชื่อมโยงทางพันธุกรรมกับความแตกต่างของความจำเชิงพื้นที่ในภูเขาลูกไก่

ในการศึกษาระยะยาวของลูกไก่ภูเขา นักวิจัยได้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่ามีองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่เชื่อมโยงกับความจำเชิงพื้นที่ของนกตัวเล็ก ๆ ที่มีความเฉพาะทางสูง และความแตกต่างในความสามารถด้านความจำของนกนั้นสัมพันธ์กับความแตกต่างทางพันธุกรรม

“งานวิจัยล่าสุดของเราเกี่ยวกับลูกไก่ภูเขาที่อาศัยอยู่อย่างอิสระในเทือกเขาเซียร์ราเนวาดาตอนเหนือเป็นหลักฐานโดยตรงครั้งแรกสำหรับการคัดเลือกโดยธรรมชาติผ่านการอยู่รอดที่แตกต่างกันโดยอาศัยการเรียนรู้เชิงพื้นที่และความสามารถในการจดจำ” Vladimir Pravosudov ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาและศาสตราจารย์ใน ภาควิชาชีววิทยาที่มหาวิทยาลัยเนวาดา เมืองรีโน กล่าวว่า “การเปรียบเทียบจีโนมของนกเหล่านี้ – ตั้งแต่ดีที่สุดไปจนถึงแย่ที่สุดในงานด้านความรู้ความเข้าใจเชิงพื้นที่ – เผยให้เห็นความสัมพันธ์ที่สำคัญกับยีนที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตและการพัฒนาของเซลล์ประสาทและการทำงานของฮิปโปแคมปัส

ลูกไก่ภูเขาเป็นนกแคชอาหารที่ไม่อพยพซึ่งอาศัยหน่วยความจำเชิงพื้นที่เฉพาะเพื่อกู้คืนรายการอาหารที่เก็บไว้นับหมื่นที่กระจัดกระจายไปทั่วดินแดนของพวกเขาในฤดูหนาวที่รุนแรงของเซียร์รา บุคคลที่มีความสามารถในการเรียนรู้เชิงพื้นที่และความจำดีกว่า มีแนวโน้มที่จะอยู่รอดในฤดูหนาวครั้งแรกเมื่อเทียบกับผู้ที่มีความรู้ความเข้าใจเชิงพื้นที่แย่กว่า

ในการทดสอบหน่วยความจำเชิงพื้นที่ Pravosudov และทีมของเขาได้สร้างเครื่องป้อนที่มีอุปกรณ์ระบุความถี่วิทยุที่มีความซับซ้อน โดยที่ลูกไก่ภูเขาที่มีแท็ก Passive Integrated Transponder (PIT) ที่ไม่ซ้ำกันจะต้องค้นหาตัวป้อนหนึ่งตัวจากอาร์เรย์แปดตัวที่จะให้เมล็ดพืชแก่พวกเขา

ให้อาหารลูกไก่

เซ็นเซอร์ตัวป้อนจะอ่านแท็ก ID ของนก และหากเป็นตัวป้อนที่ตรงกันสำหรับบุคคลนั้น กลไกจะเปิดประตู และนกจะได้เมล็ดพืช ผู้ร่วมเขียน Eli Bridge จากโครงการนิเวศวิทยาและชีววิทยาวิวัฒนาการของมหาวิทยาลัยโอคลาโฮมาเป็นผู้นำการออกแบบและสร้างระบบ RFID

จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ได้ติดตามว่านกเรียนรู้และจำอาหารที่ได้รับมอบหมายได้ดีเพียงใดโดยการวัด ‘ข้อผิดพลาด’ หรือจำนวนตัวให้อาหารที่ไม่คุ้มค่าที่นกแต่ละตัวเข้าเยี่ยมชมก่อนที่จะเยี่ยมชมตัวป้อนที่ถูกต้องในการทดลองหลายครั้ง

“นี่เป็นระบบที่มีประสิทธิภาพในการทดสอบการเรียนรู้เชิงพื้นที่และความจำของลูกไก่ป่าหลายร้อยตัวในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติของพวกมัน” ปราโวซูดอฟกล่าว “ก่อนหน้านี้เราได้แสดงให้เห็นแล้วว่าแม้ประสิทธิภาพการทำงานที่ผันแปรเพียงเล็กน้อยก็สัมพันธ์กับความแตกต่างในการเอาชีวิตรอด”

จากนั้นจึงวิเคราะห์จีโนมของลูกไก่ที่มีการเรียนรู้เชิงพื้นที่และประสิทธิภาพหน่วยความจำต่างกันในห้องทดลองของสก็อตต์ เทย์เลอร์ที่มหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ นกที่ทำงานได้ดีกว่านั้นแสดงให้เห็นความแตกต่างในจีโนมของพวกมันเมื่อเปรียบเทียบกับจีโนมจากนกที่ทำได้ดีน้อยกว่า

Pravosudov กล่าวว่า “เราพบความแตกต่างที่สำคัญในยีนจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของแต่ละบุคคลในการเรียนรู้เชิงพื้นที่และความสามารถในการจดจำในลูกไก่ภูเขาที่แคชอาหาร” “สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือความแตกต่างทางพันธุกรรมที่เราตรวจพบว่าเกี่ยวข้องกับยีนที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาและการทำงานของฮิปโปแคมปัส ซึ่งเป็นบริเวณสมองที่เกี่ยวข้องกับความจำเชิงพื้นที่ ผลการศึกษาเหล่านี้ระบุยีนของผู้สมัครที่เกี่ยวข้องกับความแตกต่างในการรับรู้เชิงพื้นที่และให้การเชื่อมโยงที่สำคัญซึ่งเชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงของแต่ละบุคคลในการรับรู้เชิงพื้นที่ด้วยการคัดเลือกโดยธรรมชาติ”

กล่าวอีกนัยหนึ่งยีนของนกแต่ละตัวดูเหมือนจะวางรากฐานทางปัญญาซึ่งบุคคลนั้นอาจสร้างขึ้นผ่านการเรียนรู้และประสบการณ์ นี่แสดงให้เห็นว่าความรู้ความเข้าใจเชิงพื้นที่ของ chickadee อาจถูกกำหนด อย่างน้อยก็ในบางส่วน ในช่วงต้นของการพัฒนา และนั่นไม่ใช่เพียงแค่พฤติกรรมที่เรียนรู้

“สิ่งแวดล้อมยังคงมีความสำคัญมากในแง่ของพฤติกรรมการสร้างรูปร่าง แต่งานของเราที่นี่ชี้ให้เห็นว่ายีนอาจสร้างโครงสร้างสมอง จากนั้นประสบการณ์และการเรียนรู้ก็สามารถสร้างขึ้นจากสิ่งนั้นได้” Carrie Branch ผู้เขียนนำและนักวิจัยดุษฎีบัณฑิตที่ Cornell Lab of Ornithology กล่าวว่า

ปัจจุบัน Pravosudov’s เป็นห้องทดลองแห่งเดียวในโลกที่ดำเนินการศึกษาอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับการเรียนรู้เชิงพื้นที่และความจำของนกที่เก็บอาหารในป่าในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

วลาดิเมียร์ที่ห้องปฏิบัติการภาคสนาม
วลาดิเมียร์ที่สนาม

แจ็ค เฮย์ส หัวหน้าภาควิชาชีววิทยากล่าวว่า “บทความนี้เกิดขึ้นจากการพัฒนาระบบการศึกษาลูกไก่ภูเขาของศาสตราจารย์ปราโวซูดอฟ ซึ่งเป็นหนึ่งในระบบที่สำคัญที่สุด อาจเป็นระบบที่สำคัญที่สุดในโลก สำหรับการศึกษาการรับรู้ของสัตว์ในป่า” . “บทความนี้ทำให้เกิดความเชื่อมโยงที่น่าตื่นเต้นระหว่างความแปรผันของฟีโนไทป์และจีโนมในป่า”

ทีมสุ่มตัวอย่างลูกไก่ภูเขา 42 ตัวในการทดสอบสามปีตั้งแต่ดีที่สุดไปจนถึงแย่ที่สุดในการเรียนรู้เชิงพื้นที่และงานหน่วยความจำ กลุ่มที่มีการรับรู้เชิงพื้นที่ดีขึ้นสัมพันธ์กับความได้เปรียบในการเอาชีวิตรอดอย่างมีนัยสำคัญ เลือกนกจากระดับความสูงและต่ำสำหรับแต่ละกลุ่มการปฏิบัติงานเพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณที่แรงที่สุดระหว่างกลุ่มคือความแปรปรวนในการรับรู้และไม่สัมพันธ์กับระดับความสูง

เพื่อทำความเข้าใจความเชื่อมโยงระหว่างหน่วยความจำเชิงพื้นที่กับสถาปัตยกรรมทางพันธุกรรม Georgy Semenov และ Scott Taylor (นักเขียนอาวุโสในบทความ) ที่มหาวิทยาลัยโคโลราโด – โบลเดอร์ได้จัดลำดับและวิเคราะห์จีโนมของลูกไก่ภูเขาที่แตกต่างกันในประสิทธิภาพการรับรู้

Semenov กล่าวว่า “เราใช้สองวิธีในการเชื่อมโยงความผันแปรทางพันธุกรรมกับหน่วยความจำเชิงพื้นที่ในลูกไก่” “ในแนวทางทั่วทั้งจีโนมแบบดั้งเดิม เราเปรียบเทียบข้อมูลทางพันธุกรรมระหว่างบุคคล จากข้อมูลที่ทำงานได้ดีในการเรียนรู้เชิงพื้นที่และงานหน่วยความจำกับข้อมูลที่ทำได้ไม่ดี เราทำการเปรียบเทียบแบบเดียวกันกับอัลกอริธึมการเรียนรู้ด้วยเครื่องใหม่

“ทั้งสองวิธีแสดงให้เห็นความแตกต่างหลายร้อยข้อที่เกี่ยวข้องกับความจำเชิงพื้นที่ ความหลากหลายของจีโนมปรากฏขึ้นในพื้นที่ที่ทราบว่าเกี่ยวข้องกับการเรียนรู้ ความจำ และการพัฒนาเซลล์ประสาทในสมอง”

ที่ให้อาหารลูกไก่ที่ปกคลุมด้วยหิมะ
ถาดป้อนนกที่ระดับความสูง 6,700 ฟุต

นอกจาก Carrie Branch, Vladimir Pravosudov, Scott Taylor, Georgy Semenov และ Eli Bridge ผู้เขียนร่วมคนอื่น ๆ ในบทความนี้ยังรวมถึง Dominique Wagner จากมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์เช่นเดียวกับ Benjamin Sonnenberg และ Angela Pitera ซึ่งเป็นนักศึกษาปริญญาเอกในห้องทดลองของ Pravosudov ใน โครงการบัณฑิตศึกษานิเวศวิทยา วิวัฒนาการ และการอนุรักษ์ที่มหาวิทยาลัยเนวาดารีโน

ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร ชีววิทยาปัจจุบัน 3 พ.ย. การวิจัยนี้เป็นความร่วมมือกับ University of Nevada, Reno, University of Colorado Boulder, Cornell Lab of Ornithology และ University of Oklahoma

Pravosudov เป็นเพื่อนของสมาคมพฤติกรรมสัตว์และเป็นเพื่อนของ American Ornithological Society

งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนโดยมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ โดยมอบทุนสองทุนให้กับมหาวิทยาลัยเนวาดา เมืองรีโน (วลาดิเมียร์ ปราโวซูดอฟ) และมหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ (สกอตต์ เทย์เลอร์) และโดย Rose Postdoctoral Fellowship จาก Cornell Lab of Ornithology (สาขา Carrie)

ภาพถ่ายทั้งหมดที่มาพร้อมกับบทความนี้ถ่ายโดย Vladimir Pravosudov

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*