Летучие мыши — очень необычные создания. И необычный способ их передвижения всего лишь одна из удивительных вещей, связанная с ними. Как летают летучие мыши в полной темноте и не задевают ничего? Об этом мы и поговорим в этот раз. Этот вопрос интересовал и продолжает интересовать ученых и летучие мыши до сих пор способны открывать нам свои тайны и приближать к разгадке природы мозга.

Летучие мыши — не птицы, а млекопитающие. Их детеныши появляются на свет путем живорождения и питаются молоком своей мамы. Это единственные млекопитающие, которые научились летать. Летучие мыши — усердные охотники: каждую ночь они съедают столько насекомых, сколько весит половина их собственного тела.

Первый вопрос, которым задались ученые касательно этих зверюшек: «как ориентируются летучие мыши в пространстве?». Разгадку этой тайны биологи нашли только в 1938 г. Оказалось, что летучие мыши обладают своего рода акустическим радаром. Способностью эхолокации. Во время полета они издают сигналы такой высокой частоты, что человеческое ухо их не воспринимает. Эхо отражается от препятствий, и летучие мыши улавливают их своими большими ушами. Как доказывают опыты, по характеру и интенсивности эха они могут не только обнаружить тончайшую проволоку и облететь ее, но и «запеленговать» быстро летящее насекомое; мозг летучей мыши молниеносно рассчитывает верный курс, и она безошибочно хватает добычу.

Чтобы это выяснить, были проведены специальные эксперименты. В большой комнате биологи подвесили довольно близко друг к другу веревки, закрепленные у потолка. Затем закрыли глаза нескольким подопытным животным и выпустили их в комнате. Летучие мыши по-прежнему летали с большой скоростью, не натыкаясь на преграды. Это доказало, что они не руководствуются зрением во время своих полетов.

Тогда ученые закрыли им уши и рты и опять выпустили в комнате. Но на этот раз они летали с трудом, постоянно натыкаясь на веревки. Так было открыто средство, каким руководствуются мыши во время полетов. Летая, они постоянно издают звуки, такие высокие, что человеческое ухо не может уловить их. Эти высокочастотные звуковые волны, ударяясь о преграды на пути животного, отражаются и воспринимаются ушами летучих мышей. Их крылья автоматически реагируют на эти сигналы, и животное может изменить свой курс, облетая преграды!

Последние открытия как летают летучие мыши и ориентируются в пространстве, было сделано не так давно. В 2013 году благодаря современным технологиям удалось выяснить, что они способны ориентироваться в пространстве благодаря трехмерной карте местности, закодированной в нейронах мозга. Результаты исследования были опубликованы на страницах журнала Science.

Первоначально нейронные механизмы ориентации в пространстве были обнаружены в мозгу обычных грызунов и в частности крыс. Именно благодаря таким механизмам крысы могут передвигаться относительно зрительно воспринимаемых ориентиров. После этого в мозгу грызунов были обнаружены координатные нейроны, которые позволяют создавать крысам так называемую карту местности. После этого ученые вернулись к механизмами ориентирования в пространстве летучих мышей, которые передвигаются в полной темноте.

Успешное исследование летучих мышей провел Михаил Ярцев – победитель премии 2013 года для молодых ученых в области нейробиологии. Он работает в Институте нейронаук Принстонского университета. Его исследование посвящено механизмам кодирования информации в мозге млекопитающих в трехмерном пространстве. Ученый регистрировал активность нейронов в мозгу летучей мыши, которая летала в комнате. Ярцеву удалось обнаружить в ее мозгу тот же тип клеток, которые отвечают за ориентацию в окружающем пространстве.

Нейроны мозга млекопитающих обеспечивают карту местности, которая позволяет им ориентироваться в пространстве. Ранее ученые изучали только двухмерные карты. Новый объект — летучая мышь — позволил заглянуть в тайны навигации в трехмерном пространстве.

«Все животные на нашей планете — на земле, под землей, в глубинах океана или в воздухе — должны иметь представление о своем местоположении в пространстве, это им необходимо для выживания, — пишет Ярцев. — Как мозг решает проблему позиционирования в пространстве — это одна из центральных проблем в нейронауке».

Надо отметить, что чуть ранее в мозге крысы некоторое время назад ученые обнаружили специализированные нейроны, которые испускают электрические импульсы в тот момент, когда животное оказывается в определенной точке местности, их назвали клетками места (place cells). Другие нейроны, названные клетками решетки (grid cells), реагируют на пересечение неких узлов системы координат. Эти нейроны обеспечивают мозговую карту местности, которая помогает животным ориентироваться в окружающей среде.

Эти нейроны играют ключевую роль в позиционировании животного в окружающей среде. Однако, по признанию Михаила Ярцева, они делают нечто большее, чем просто определение того, где мы сейчас находимся. Поэтому точное понимание функции этих клеток еще впереди.

Благодаря технологии беспроводной регистрации активности отдельных нейронов летучей мыши в полете, ученые смогли записать нейронную активность единичных клеток места летучей мыши, летающей в помещении размером 6х5х3 м, и увидеть, как активность этих клеток изменяется с перемещением животного в трехмерном пространстве.

Точный механизм кодирования трехмерного пространства в нейронах летучей мыши — это предмет будущих исследований. Еще один ключевой вопрос, который был поднят благодаря этому исследованию – это как 2D-кодирование пространства модулируется в 3D-кодирование. В 3D-пространстве клетки места так же чувствительны к изменению позиции животного, что и в 2D.  Современные технологии позволяют вскоре получить новые сведения о том, как летают летучие мыши и ориентируются в трехмерном пространстве.