Пришельцы с Земли: насколько развит интеллект головоногих

30 августа 15:00

217

16 минут на чтение

На протяжении сотен лет головоногие моллюски вызывают у человека интерес с оттенком тревоги: уж слишком они на нас не похожи. Ещё в III веке римский философ Клавдий Элиан по какой-то причине приписал осьминогу хитрость и коварство. Да и в более поздние времена спрутов недолюбливали, подозревая их в нападениях на корабли в открытом море. Возможно, распространению выдумок о жутких многоруких морских чудовищах способствовали байки моряков. Однако репутацию двужаберным (это альтернативное название класса головоногих) портили не только невежественные матросы.

Размер имеет значение

Попугаи жако, как и вороны, считаются одними из самых умных пернатых. Они запоминают десятки человеческих слов, демонстрируют навыки абстрактного мышления и способность к планированию действий

Papooga

На чём же основаны представления об исключительной сообразительности и даже разумности головоногих?

Интеллект невозможно измерить напрямую, поэтому оцениваются всегда лишь косвенные характеристики — разнообразие и гибкость поведения, особенности работы мозга. Мозг головоногих, несмотря на различия во многих аспектах, напоминает мозг позвоночных размерами и сложностью. За доказательствами удобнее всего обратиться к осьминогу — наиболее изученному и смышлёному из всех двужаберных моллюсков.

Величина мозга животного, пусть и не напрямую, влияет на его когнитивные способности. Мозг осьминога сопоставим по размеру с грецким орехом, как и мозг воронов и попугаев жако. При этом, судя по лабораторным экспериментам, осьминоги отличаются хорошей памятью — они способны запоминать и различать лица даже одинаково одетых людей.

Количество функций, выполняемых различными долями мозга головоногих, зависит от вида животного и стиля его жизни. Вертикальная доля мозга, которая имеет определяющее значение для процессов обучения и запоминания, у осьминога развита в той же мере, как некоторые отделы коры мозга у млекопитающих и птиц.

Количество нейронов у осьминога сопоставимо с количеством нейронов у приматов мармозеток, у которых в мозге 636 миллионов клеток

Leszek Leszczynski [CC BY 2.0]

Значение коэффициента энцефализации (показывает, во сколько раз фактическая масса мозга превосходит прогнозируемую массу, необходимую для управления телом) у осьминога больше единицы. По этому параметру он практически неотличим от собаки или кошки. Самый высокий коэффициент энцефализации у человека — он стремится к восьми.

Ещё одна количественная характеристика нервной системы — число входящих в её состав нейронов. У осьминога их до 500 миллионов, что ставит его в один ряд с кошками (760 миллионов). Для сравнения, у прудовой улитки 11 тысяч нервных клеток, а в человеческом мозге 86 миллиардов нейронов.

Стоит отметить, что бóльшая часть нейронов сосредоточена не в мозге осьминога, а в его «руках». Мозг осуществляет общее руководство, а периферическая нервная система каждой «руки» обрабатывает информацию после получения сенсорных данных от присосок. Зачастую щупальце самостоятельно «решает», какое действие предпринять, не дожидаясь команды от мозга. То есть иногда мозг может быть вообще не задействован в движении конечностей. Даже если мозг не уверен, где в данный момент находится то или иное щупальце, каждое из щупалец «осведомлено» о положении остальных, что улучшает координацию при перемещении по дну. Для подтверждения гипотезы об условной автономности щупалец экспериментаторам пришлось рассечь нервные пути, соединяющие «руку» осьминога с центральным мозгом, а потом даже отделить её от тела. После этого конечность стимулировалась, и щупальце реагировало на стимул так, будто оно всё ещё соединено с мозгом.

«Руки» осьминога способны обмениваться информацией через нейронное кольцо, огибающее мозг. А их присоски, в отличие от искусственных, работают через мышечное усилие

Brent O’Connor [CC BY 2.0]

Оценить интеллектуальный уровень осьминога помогает анализ его способности справляться с различными инструментами. Из статьи Grow Smart and Die Young: Why Did Cephalopods Evolve Intelligence?, опубликованной в 2018 году в журнале Cell, следует, что осьминоги не только с успехом применяют орудия и решают встающие перед ними нестандартные задачи, но и способны планировать своё поведение — совершать поступки, которые могут принести им пользу в будущем. Характерный пример — питание двустворчатыми моллюсками. В зависимости от размеров и вида жертвы осьминоги присосками открывают створки или проделывают в раковинах отверстия, куда затем впрыскивают свой парализующий токсин. Предположительно эти навыки совершенствуются с опытом.

Осьминоги используют воду, выстреливая струями через сифон, для рытья нор, отпугивания рыбы или удаления остатков пищи. Некоторые виды собирают камни, чтобы блокировать вход в своё логово. Такую же гибкость в решении проблем они демонстрируют в искусственных лабораторных условиях — откручивают крышки закрытых банок, чтобы получить спрятанную в них пищу, извлекают пищевые контейнеры из узких щелей, даже если сами контейнеры почти не видны.

Осьминоги часто проявляют изобретательность, совершая побеги из исследовательских аквариумов. Некоторые додумывались закупоривать перепускные клапаны, чтобы аквариум переполнился, и гасили верхний свет направленной струёй воды, устраивая короткое замыкание. А кто-то устраивал ночные рейды в соседние аквариумы за едой.

Кокосовый панцирь

Этот крошечный осьминог тянет за собой целых два предмета: в половинке скорлупы он прячется, а половинкой раковины прикрывается

Nick Hobgood [CC BY-SA 3.0]

Отдельного упоминания заслуживает поведение «кокосовых» осьминогов (Amphioctopus marginatus). Время от времени они носят в «руках» падающие в воду половинки кокосовой скорлупы, при необходимости используя их в качестве укрытия. Иногда животное носит сразу две половинки кокоса: в одну забирается целиком, а другой прикрывается, как крышкой.

Подобное поведение — редкий пример применения беспозвоночными сложных орудий, и его можно уверенно рассматривать как подтверждение интеллектуальной развитости осьминогов. Ведь они так поступают не ради сиюминутной выгоды. Осьминоги переносят кокосовую скорлупу на значительные расстояния, чтобы в будущем защититься от хищника там, где нет скалистого укрытия. Происходящее трудно рассматривать иначе, чем как план достижения долгосрочной выгоды, ради которой не грех и потерпеть неудобства, связанные с транспортировкой скорлупы.

Виртуозы камуфляжа

Хроматофоры — клетки маскировочной системы. В коже осьминога их до 25 миллионов

Minette [CC BY 2.0]

Океан — опасное место для мягкотелых, беззащитных моллюсков. Каракатицы, осьминоги и кальмары испытывают постоянное давление со стороны плотоядной океанической фауны вроде акул и угрей. Несмотря на то что двужаберные живут на Земле уже около полумиллиарда лет, без камуфляжа им пришлось бы туго. Наряду с гибкостью и пластичностью, благодаря которым они могут прятаться в узких щелях, залогом их безопасности служат сложные типы тканей и органов, помогающие слиться с окружением.

Как правило, мастерами камуфляжа в живой природе считаются хамелеоны. Но двужаберные моллюски серьёзно их опережают. Камуфляж хамелеона регулируется медленными механизмами эндокринной системы. А головоногие моллюски управляют своей маскировкой через нервные импульсы, так что некоторые способны изменить наружность буквально в мгновение ока (за 50−200 миллисекунд), при необходимости повторяя манёвр до 150 раз в час.

Внешний вид головоногих определяется целым набором элементов, способных изменять цвет тела, узоры на коже и даже её текстуру. Кожа содержит хроматофоры — наполненные пигментами клетки, контролируемые непосредственно нервной системой. Они напоминают цветные пиксели на экране монитора, которые могут изменять размер. Пигмент хранится в эластичном мешке внутри хроматофора и приводится в движение окружающими мускулами, меняясь от едва заметной булавочной головки до огромного пятна жёлтого, красного, коричневого или чёрного цвета.

Красный цвет кожи свидетельствует о том, что осьминогу что-то решительно не нравится, что он злится; когда осьминог боится, он белеет

Mohammed Al Momany, The Coral Kingdom Collection

Под слоем хроматофоров находятся лейкофоры, отражающие свет, а ещё глубже располагаются иридофоры, создающие за счёт его преломления переливы цветов. Кроме того, на коже головоногих есть папиллы — бугорки, способные деформироваться, меняя её текстуру. Благодаря этому моллюск, в первую очередь осьминог, может успешно затеряться в водорослях или в коралловых рифах. Занятно, что при определении того, как именно должны выглядеть папиллы для наилучшей маскировки, моллюски опираются скорее на визуальную информацию, чем на тактильную.

Способности головоногих к камуфляжу кажутся особенно удивительными, учитывая их дальтонизм. Как они столь удачно сливаются с окружением, которое даже не в состоянии воспринять? Согласно данным из статьи Cephalopods Sense Light with Skin, опубликованной в 2015 году в Journal of Experimental Biology, клеточный механизм, ответственный за восприятие цвета на сетчатке глаз, у головоногих адаптировался для выполнения той же задачи на коже. Как выяснилось, хроматофоры содержат так называемые невизуальные опсины — аналоги белков сетчатки. Выражаясь совсем просто, головоногие моллюски видят не только глазами, но и всей поверхностью тела. При попадании света на кожу хроматофоры немедленно меняют цвет в зависимости от окружения животного. Причём они исправно выполняют свою работу даже на отдельных образцах кожи, взятых у моллюсков при биопсии.

Судя по всему, система органов кожи, отвечающих за маскировку, способна изменять внешний вид животного не только по команде мозга, но и независимо от него — очередной признак децентрализации нервной системы моллюсков, такой непривычной для позвоночных.

Кальмар семейства Loliginidae — некоторые из них используют маскирующие функции кожи для коммуникации

Nhobgood [CC BY-SA 3.0]

Хотя головоногие изначально развили динамический камуфляж как орудие против хищников, они также применяют его для общения. Маленькие самцы каракатиц адресуют сигналы ухаживания самке на одной стороне своего тела, в то же время демонстрируя ложную окраску конкурирующему самцу с другой стороны — притворяясь самками, не готовыми к спариванию. Некоторые виды кальмаров из семейства лолигинид (Loliginidae) в силу образа жизни не нуждаются в идеальном камуфляже, и маскирующая способность кожи преобразовалась у них так, чтобы выполнять коммуникативные функции.

В результате у этих кальмаров могут возникать разнообразные типы окраски и узоров на определённых участках кожи — полосы в одном месте, точки в другом, с более тёмными или светлыми оттенками фона. Самцы кальмаров, подобно каракатицам, способны демонстрировать на одной стороне тела тип окраски, необходимый для ухаживания за самкой, а на другой — показывать конкурирующему самцу агрессивный цветовой сигнал.

Пожалуй, способности головоногих к маскировке — самый известный пример гибкости их поведения. Они приспосабливают свои стратегии борьбы с хищниками не только к особенностям окружения, но и к типу угрозы. Например, каракатицы демонстрируют ложные пятна на спине в надежде отпугнуть врагов, использующих в охоте преимущественно зрение, но при виде хемосенсорных хищников, преследующих жертву по запаху, сразу же убегают, не пытаясь обмануть их узорами на коже. В лабораторных условиях головоногих моллюсков можно обучить снимать камуфляж, чтобы получить в награду пищу. Как видно, этот камуфляж, по крайней мере отчасти, является сознательной адаптацией, и головоногие способны им управлять.

Игре все возрасты покорны

Совместная игра создает социальные связи: те, кто играет друг с другом в юности, часто остаются вместе и в зрелости

OakleyOriginals [CC BY 2.0]

С точки зрения эволюционной биологии ответ на вопрос, почему люди проводят столько времени за играми и развлечениями, неочевиден. Игры отнимают время, которое можно было бы потратить на поиск еды. Они отвлекают от наблюдения за хищниками, могут обернуться ненужными травмами и даже привести к смерти. Побуждение к игре на первый взгляд кажется скорее недостатком, а не преимуществом. Несмотря на это, все люди (и многие животные) получают удовольствие от игр.

Удовольствие — нейрологический феномен, который подталкивает нас к поиску опыта, способствующего эволюционному успеху вида. Удовольствие заставляет нас есть, заниматься сексом, зарабатывать авторитет в группе и, конечно же, играть.

Тогда по какой причине эволюция запрограммировала нас на получение удовольствия от занятия, кажущегося совершенно бесполезным для выживания вида? На самом деле у игры много важных и полезных функций: она служит для определения социального ранга играющих, позволяет выучиться правилам поведения в группе. Игра развивает интеллектуальные и творческие навыки, логику, учит планировать свои действия. Долгосрочной выгодой от игры может стать социальная сплочённость и кооперация для взаимной помощи.

Играют ли моллюски в игры? Чтобы выяснить, есть ли у осьминогов способность и побуждение к игре, биологи из Института эволюции и когнитивных исследований имени Конрада Лоренца и из Летбриджского университета провели исследование на четырнадцати осьминогах разного возраста и пола. В аквариум бросали незнакомые им предметы (например, кубики LEGO) и наблюдали за реакцией животного. Реакция варьировалась — от хищного и агрессивного поведения до исследовательского и игрового. Как игру расценивали поведение, при котором осьминог держал предмет в щупальцах до 30 секунд, перемещал его, перетягивая или толкая из стороны в сторону до пяти раз, используя притом от трёх щупалец и больше.

Осьминог в гавайском Waikiki Aquarium сжимает щупальцами резиновую уточку

Makuahine Pa'i Ki'i [CC BY 2.0]

Из написанной по результатам эксперимента статьи под названием When Do Octopuses Play? Effects of Repeated Testing, Object Type, Age, and Food Deprivation on Object Play in Octopus vulgaris, опубликованной в 2006 году в Journal of Comparative Psychology, следует, что игровое поведение было обнаружено у девяти из четырнадцати осьминогов. Более того, на стремление изучать предметы, попадающие в резервуар к осьминогам, не влияли ни пол, ни возраст.

Поведение, продемонстрированное осьминогами в экспериментах, сложно истолковать иначе, чем как игровое. Многократное и многодневное подбрасывание и ощупывание заведомо несъедобного предмета никакой практической пользы принести не могло. Нужно отметить, что игровое поведение разных видов осьминогов различалось от эксперимента к эксперименту: если одни любят исследовать, трогать, толкать и подбрасывать предметы одной или несколькими «руками», то другие предпочитают перемещать их по бассейну струями воды. Наблюдаемые взаимодействия животных с предметами можно было бы счесть случайными или инстинктивными, если бы они не повторялись в практически неизменном виде сериями до 20 раз.

Для осьминогов, живущих преимущественно поодиночке, не слишком актуально обучаться через игру правилам поведения в группе и выстраивать иерархию. Однако выявленная приверженность игре, не зависящая от возраста, в некотором роде сближает осьминогов и людей.

Кликни,

чтобы посмотреть видео

Почему-то с IP адресов других стран ничего не тормозит

Исследователям удалось заснять игры осьминогов и в естественной среде: например, они швырялись друг в друга грязью!

По мнению Гордона Буркхарда из Университета Теннесси, психолога и специалиста по поведению животных, можно в общих чертах обрисовать игровой процесс через следующие признаки:

игра по своей природе не практична;
удовольствие доставляет не результат игры, а процесс;
действия и правила игры имеют нарочито нефункциональный, утрированный и незавершённый вид;
игровые формы могут повторяться от случая к случаю, но жёстко не фиксированы.

Кажется, поведение осьминогов в эксперименте вполне соответствует этим критериям. А поскольку игра — свойство наиболее высокоразвитых животных, способность к ней у головоногих можно считать дополнительным признаком наличия у них развитого интеллекта.

Есть ли жизнь вне раковины?

Питер Годфри-Смит в книге «Чужой разум» называет общим предком головоногих моллюсков и позвоночных, включая человека, невзрачного плоского червя длиной в несколько миллиметров, бороздившего дно древнего океана ещё до кембрийского взрыва, не ранее 600 миллионов лет назад. По внешности этого примитивного животного сложно было предсказать эволюционное разнообразие его многочисленных потомков.

Уже довольно скоро, примерно 530 миллионов лет назад, предки головоногих не только обзавелись раковинами, но и приспособили своё тело для плавания. Можно предположить, что этот процесс совпал с появлением щупалец и мозга. Увеличение «вычислительной мощности» центральной нервной системы на этом этапе могло быть связано с необходимостью координировать движения многочисленных конечностей и навигацией в толще воды.

Около 275 миллионов лет назад предки кальмаров и каракатиц превратили внешнюю раковину во внутреннюю, а у предшественников осьминогов она исчезла полностью. Существует гипотеза, что столь радикальные изменения во внешнем виде и стиле жизни этих животных повлекла за собой конкуренция с морскими позвоночными. Подобно тому, как распространение огнестрельного оружия постепенно лишило смысла использование латного доспеха, появление мощных челюстей у древних рыб вроде дунклеостеев сделало раковины моллюсков дорогостоящей и неэффективной защитой.

На первый взгляд, потеря внешней раковины стала катастрофой: невероятно усилилось давление хищников и повысилась смертность от их нападений. С другой стороны, исчезновение раковины позволило осьминогам и их сородичам занять множество новых экологических ниш. Благодаря этому сегодня головоногие широко распространены — они населяют территории от тропиков до полюсов, от придонных участков океанов до поверхности. Новые экологические условия могли не только сыграть свою роль в появлении методов маскировки, но и повлиять на продолжительность жизни и эволюцию интеллекта.

Археология ума

Раструб сифона у наутилуса (вид спереди). Это одно из немногих головоногих, у которых сохранилась внешняя раковина

Profberger [CC BY-SA 3.0]

Помимо того что головоногие моллюски имеют развитые мозг и нервную систему, они демонстрируют широкий репертуар сложного, разнообразного поведения, от использования орудий, решения замысловатых жизненных задач и планирования действий до применения продвинутой системы маскировки, цветовой коммуникации и игровой деятельности. Хотя их способности несравнимы со способностями приматов, интеллектуальных лидеров живой природы, по меркам беспозвоночных головоногие почти гениальны. Как же им удалось развить такую богатую палитру поведенческих реакций и стать настоящими интеллектуалами мира беспозвоночных?

Существует несколько гипотез об эволюции сложной познавательной деятельности. Экологическая теория происхождения интеллекта связывает возникновение сознания с решением проблем поиска, обработки пищи и уникальными особенностями диеты. В отношении добычи пищи вызовы, стоящие перед головоногими, аналогичны тому, с чем сталкиваются обезьяны. Соблюдение диеты (из ракообразных, рыб, других головоногих) требует много времени на обнаружение жертвы и организацию засады. В дикой природе осьминоги избегают мест, где охотились в прошлый раз, — предположительно чтобы не истощать ресурсы местности. Такое поведение требует хорошей долговременной памяти.

Головоногие, питающиеся двустворчатыми моллюсками, сталкиваются с особыми трудностями. Развитие умения извлечь моллюска из раковины считается важным фактором эволюции интеллекта, так как обучение этой технике требует много времени и сил и развивает изобретательность в решении проблем.

Социальная теория связывает развитие интеллекта с жизнью в группе, поддержанием сложных социальных связей, необходимостью обмена и кооперации, а также обучением на примере сородичей. В отличие от приматов, большинство головоногих живёт в достаточно простой социальной среде, довольствуясь крайне редкими контактами. Согласно уже упомянутой статье 2018 года из Cell, на формирование интеллекта головоногих могли повлиять социальные проблемы, несвойственные для позвоночных. В силу высокой промискуитетности брачного поведения и распространённости каннибализма головоногие развили несколько поведенческих и морфологических особенностей (особая тактика ухаживания и положение при спаривании, вторичные половые признаки), чтобы снизить риск быть съеденными во время ухаживания. Таким образом, есть вероятность, что большой мозг у головоногих моллюсков развился из-за необходимости быстро принимать решения и ориентироваться в сложной репродуктивной среде в случаях, когда попытка спаривания оборачивалась борьбой за жизнь.

Осьминог Хэнк в мультфильме «В поисках Дори» сбегает из аквариума, жалуется на плохие воспоминания о жизни в океане и мечтает о том, чтобы «жить одному в стеклянном ящике». Чем не типичный осьминог?

2016, Pixar

Согласно другой гипотезе, интеллект может быть средством адаптации к систематическому давлению со стороны хищников. Эта гипотеза кажется более чем состоятельной, поскольку головоногие, в отсутствие защитной раковины, уязвимы для атаки со стороны огромного числа китообразных, морских птиц и рыб. Между тем потеря раковины не только подтолкнула животных к развитию когнитивных способностей, но и изрядно сократила им жизнь — большинство не доживает и до трёх лет. Так что головоногие моллюски рано приступают к репродукции и зачастую погибают по окончании процесса. Это кажется разумной стратегией с учётом малых шансов выжить в зрелом возрасте. При этом сохранившие раковину наутилусы живут до 20 лет и размножаются несколько раз в течение жизни.

Примечательно, что независимо от головоногих в своё время утратили раковину и заднежаберные моллюски. В результате им также пришлось развить альтернативные защитные механизмы вроде синтезируемых токсинов, стрекательных клеток (содержащих ядовитую жидкость, выбрасываемую при нападении) и яркой предупредительной окраски. Но, в отличие от головоногих моллюсков, ни большого мозга, ни сложного гибкого поведения, ни разветвлённой нервной системы у них не появилось. Это может объясняться тем, что сложное поведение и мозг в какой-то степени сформировались у головоногих ещё до потери раковины, а в дальнейшем их маскировочное поведение могло потребовать большей когнитивной сложности по сравнению с защитными стратегиями заднежаберных.

К сожалению, эволюции интеллекта беспозвоночных долгое время уделялось несравнимо меньше внимания, чем изучению разума позвоночных, особенно приматов. Поэтому, хотя все три гипотезы подходят для обоснования того, почему у головоногих появились сложные когнитивные функции, точные ответы ещё только ждут нас впереди.

Корректно ли сравнивать интеллект танзанийского охотника-собирателя из народа хадза и профессора из Оксфорда? Если усадить хадза решать задачи по физике, он не справится: хадза никогда не учился в школе, он не умеет писать, читать и не знает никакого языка, кроме своего собственного.

Зато охотник хадза знает следы каждого животного в своей местности, все лечебные или ядовитые грибы и растения, умеет найти питьевую воду и соорудить из подручных материалов укрытие от непогоды. Пожилой университетский профессор блестяще разбирается в физических абстракциях, умеет пользоваться электронной почтой, знает порядок заполнения налоговой декларации и помнит наизусть расписание своего автобуса. Но, если оставить его нагим посреди африканской саванны, он долго не продержится. Оба человека отлично приспособлены к среде своего обитания. Оба умны, но каждый по-своему.

savageblackout [CC BY-ND 2.0]

Точно так же не стоит оценивать разум головоногого моллюска лишь по тому, насколько точно он вычисляет объём лабораторного аквариума или насколько глубоко понимает текст «Илиады». В ответ осьминогу, возмущённому несправедливостью методов оценки, следовало бы, цитируя Питера Годфри-Смита, поинтересоваться, сколько разных вариантов цветовой маскировки может за секунду сменить ваша отрезанная рука и как скоро она отрастёт вновь.

Возможно, Годфри-Смит прав. Существующий объём знаний об осьминогах и их родственниках позволяет нам с известной долей условности говорить о том, что разум на Земле возник два раза: на суше и в океане. Головоногие, как и охотники-хадза, умны, хоть и на свой особый лад. Кроме того, это единственная альтернатива разуму наземных позвоночных. Вероятно, однажды нам придётся оставить наш интеллектуальный снобизм и признать, что головоногие моллюски — первые разумные существа, появившиеся на этой планете.

Фантастика о разуме осьминогов

Рэй Нэйлер «Гора в море». Осьминоги тоже хотят жить

Мария Лебеденко

10.02.2025

3810

Экологический триллер с уклоном в драму