Мозг — один из самых энергозатратных органов организма. У человека он составляет около двух процентов массы тела, но потребляет примерно 20 процентов всей энергии. Оказывается, сходная закономерность характерна и для муравьев: их мозг занимает около пяти процентов массы тела, но расходует четверть энергии организма. При голодании насекомые продолжают поддерживать его работу, даже когда обмен веществ в остальных частях тела заметно замедляется.

К такому выводу пришли Закари Кото и его коллеги из Бостонского университета, исследовавшие энергетические затраты мозга рабочих муравьев. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Чтобы понять, почему мозг получает столь значительную долю энергетических ресурсов, ученые предложили гипотезу «эгоистичного мозга». Согласно ей, при нехватке пищи нервная система сохраняет приоритет в распределении энергии, необходимой для поддержания ее функций. Ранее подобное явление предполагали у человека и других млекопитающих, однако непосредственно сопоставить энергопотребление мозга с общими затратами организма было непросто.

Муравьи удобны для таких исследований: несмотря на крошечные размеры, они ведут общественный образ жизни, распознают сородичей и участвуют в защите колонии. Исследователи измерили метаболическую активность их мозга и организма в целом, а затем проверили, как недостаток пищи влияет на эти показатели.

Выяснилось, что при голодании общий обмен веществ у рабочих муравьев снижался, тогда как метаболизм мозга оставался практически неизменным. В результате доля энергии, расходуемой нервной системой, почти удваивалась. Иными словами, организм сокращал энергетические затраты, но продолжал снабжать мозг ресурсами.

Ученые также проверили, сохраняют ли голодающие насекомые способность выполнять задачи, важные для жизни колонии. Муравьям предлагали задания, связанные с распознаванием сородичей и защитным поведением. Даже после голодания они справлялись с ними примерно так же, как особи, не испытывавшие недостатка пищи.

Примечательно, что некоторые муравьи сохраняли нормальные показатели работы мозга, даже когда до их гибели оставалось всего несколько дней. По-видимому, в условиях крайнего истощения поддержание нервной деятельности происходит за счет других физиологических систем.

Исследователи сопоставили полученные данные с показателями энергопотребления мозга млекопитающих и рассчитали, сколько энергии требовалось бы мозгу млекопитающего размером с муравья. Результаты моделирования хорошо совпали с измерениями у насекомых. Это свидетельствует о том, что высокая относительная стоимость работы мозга может сохраняться даже при значительном уменьшении его размеров.

Таким образом, приоритетное снабжение мозга энергией характерно не только для человека и других млекопитающих. По крайней мере, у исследованных муравьев нервная система продолжает работать почти в обычном режиме даже при серьезном дефиците ресурсов. При этом сходство энергетических закономерностей не означает, что мозг насекомых и млекопитающих устроен одинаково: оно лишь указывает на общую проблему, с которой сталкиваются организмы, — необходимость поддерживать работу нервной системы при ограниченных энергетических запасах.