Fascynujący mózg gołębia

Ptaki są fascynującymi stworzeniami dla neurobiologa. Wbrew powszechnemu mniemaniu nie stoją niżej od ssaków w drzewie ewolucyjnym, ale stanowią jego równoległą gałąź, a to, co łączy ptaki i ssaki jest wspólnym wczesnym dorobkiem ewolucyjnym pierwszych, w pełni lądowych, naszych przodków. Pod wieloma względami ptaki, rozwijając się równolegle ze ssakami, wyraźnie je przewyższyły. Przede wszystkim, w odróżnieniu od ogromnej większości ssaków, zdobyły na dobre trzeci wymiar — poruszają się bez kłopotów w powietrzu. Wymagało to olbrzymich adaptacji, zwłaszcza mózgu, który musiał się przystosować do zupełnie nowych zadań, związanych z nawigacją przestrzenną. „Ptasi móżdżek”, popularne pogardliwe określenie osób niezbyt inteligentnych, bywa równie sprawny, a może sprawniejszy od mózgu ludzkiego.

fot. Franciszek Vetulani

Wymiarami mózgi większych ptaków są podobne do mózgów małych sprytnych ssaków, takich jak szczury, ale są około tysiąc razy mniejsze od mózgu ludzkiego. Mimo tak małych rozmiarów potrafią dokonywać rzeczy niezwykłych, co świadczy, że są znacznie lepiej od naszych mózgów zorganizowane.  Stąd też u ptaków mamy wiele bardzo złożonych zachowań i zdolności adaptacyjnych.

Gromada ptaków jest bardzo zróżnicowana, a jej systematyka wciąż jest przedmiotem sporów, i trudno powiedzieć, w której rodzinie znajdują się najinteligentniejsze gatunki. Uważa się, że prym wiodą krukowate, wśród których znajdują się kruki, wrony, gawrony, sroki, sójki. Drugą rodziną wybitnie inteligentnych ptaków są papugowate, a niezwykłe przykłady inteligencji obserwujemy też w trzeciej rodzinie — gołębiowatych.

Skupimy się na razie na tych ostatnich. Na gołębiach prowadzono bardzo wiele badań (sam musiałem się nauczyć pobierania od nich krwi) i wiadomo było od dawna, że łatwo wyuczyć je bardzo skomplikowanych sekwencji dziobnięć, koniecznych do uzyskania nagrody. Pomaga im przy tym doskonała pamięć — potrafią zapamiętać kilkaset obrazków, i to przez okres wielu lat. Ich zdolność do wykrycia i oceny subtelnych różnic w twarzach ich gołębich partnerów jest podobna do ludzkiej, ale w odróżnieniu od nas skupiają się na szczegółach, a nie na cechach globalnych. Podobnie jak naczelne mają kolumnową organizację wzrokowego kresomózgowia. Ale projekcje zeń u ptaków przechodzą do układu limbicznego. Dotyczy to nie tylko projekcji wzrokowych i być może u ptaków istnieje szczególnie silne połączenie obszarów zmysłowych ze strukturami limbicznymi, odpowiadającymi za emocje¹.

Gołębie mają też wspaniałą pamięć przestrzenną, której mechanizmy wciąż nie są dla nas jasne, ale były od głębokiej starożytności wykorzystywane przez człowieka. Wrodzona pamięć przestrzenna u gołębia skalnego (czyli naszego zwykłego gołębia miejskiego, Columba livia) może być wzmocniona przez selekcję, i w ten sposób wyhodowano gołębie pocztowe, które potrafią wrócić do swego gniazda, nawet jeżeli wywiezione były w zasłoniętej klatce setki kilometrów. Te mechanizmy pamięci są bardzo plastyczne i przynajmniej po części różne od mechanizmów działających u ptaków wędrownych, które przelatują wzdłuż niezmiennych, od wieków ustalonych tras. Gołębie pocztowe potrafią dolecieć do celu z odległości 1800 km (Kraków — Dublin, Kraków — Wołgograd), a trasy średniej długości, 800 km, pokonują z szybkością 80 km/h.  Rekordową odległość miał przelecieć wypuszczony w Południowej Afryce gołąb, który po 55 dniach podróży dotarł do Anglii. Podaje się, że przebył on trasę 7000 mil (11 270 km). Wygląda na to, że nie leciał po linii prostej, gdyż odległość od Londynu do Kapsztadu wynosi „tylko” 9840 km.

Zdolności nawigacyjnych gołębie się uczą, a wyniki tego uczenia odbijają się na strukturze mózgu. Gołębie pocztowe z dużym doświadczeniem miały na przykład znacznie większy hipokamp, niż gołębie, które nie wykonywały przelotów². Badania te wskazują, że budowa mózgu ptaków zależy nie tylko od genów, ale i od indywidualnej historii życia.

Gołąb był towarzyszem człowieka od zarania ludzkości. Najprawdopodobniej był on hodowany przez naszych przodków już w neolicie. Pierwsze obrazy gołębi żyjących z ludźmi znaleziono na tabliczkach w Mezopotamii, datowanych na 5000 lat p.n.e. Zapewne początkowo trzymano je dla mięsa, ale niezwykłe zdolności tych ptaków do powrotu do gniazd były już wykorzystywane w starożytnej Persji i Egipcie. W tym ostatnim w XXIX w. p.n.e. gołębie wypuszczano ze statków nadpływających z ważnymi gośćmi, w czasach Mojżesza wojska egipskie przesyłały za pomocą gołębi wiadomości, a w 2350 r. p.n.e. król Sargon w Akkadii nakazał swoim posłańcom nosić gołębie pocztowe, które miały być wypuszczane w chwili, gdy posłaniec miał być schwytany — przybycie gołębia oznaczało konieczność wysłania następnego posłańca³. W bardzo ważnej roli gołąb pocztowy pokazuje się w Biblii — to jego właśnie wypuścił Noe z Arki, aby przekonać się, czy wody potopu zaczęły ustępować. Od tej pory do czasów wynalezienia telegrafu poczta gołębia była najszybszym środkiem komunikacji, a i dzisiaj czasami dzielnie rywalizuje z nowoczesnymi technikami.

Pierwsza regularna poczta gołębia (z własnymi znaczkami pocztowymi) działała pomiędzy Auckland i Great Barrier Island od 1896 do 1908 roku. Była to pierwsza poczta lotnicza. Trasę 90 km gołębie przebywały w 50 minut, a koszt przesyłki wynosił dwa szylingi.

Chociaż gołąb uważany jest w wielu mitach i religiach jako symbol pokoju, harmonii i dobrej woli, był oczywiście od niepamiętnych czasów wykorzystywany do celów wojskowych. Niezwiązanym z właściwościami jego wspaniałego mózgu zastosowaniem było wykorzystanie odchodów gołębia (zawierających saletrę) do produkcji prochu strzelniczego — w związku z czym brytyjski król Jerzy I (1660–1727) ogłosił, że wszystkie odchody gołębie są własnością Korony i trzeba je oddawać (kontrolowano gołębniki, a jakże). Ale oczywiście najważniejsze było zastosowanie w czasie wojny. Czas sławy gołębi pocztowych, to okres oblężenia Paryża (19 IX 1870–28 I 1871), w czasie którego, po odkryciu przez Prusaków linii telegraficznej z Paryża do Rouen i jej przecięciu komunikację utrzymywano wysyłając balonami do Tours gołębie pocztowe, które następnie, wraz z pocztą, wypuszczano, aby powróciły do Paryża. Według jednego źródła wypuszczono 302 gołębi, a 59 powróciło do Paryża, przenosząc, poza korespondencją wojskową i rządową, około 95 000 listów prywatnych⁴.

Jeszcze ciekawsze są historie gołębi pocztowych na frontach pierwszej i drugiej wojny światowej. Ptaki wracały często ranne, a przenoszone przez nie wiadomości ratowały niekiedy życie dziesiątków i setek ludzi, były one także odznaczane medalami wojskowymi. Najsłynniejszym z nich był Cher Ami, który mimo ran (utrata oka, odstrzelona noga, rana w piersiach) zdołał uratować amerykański „Zagubiony Batalion”, który znalazł się pod ogniem własnej artylerii w czasie bitwy pod Argonne w październiku 1918 roku. Cher Ami został odznaczony francuskim Croix de Guerre z amerykańskimi liśćmi dębowymi (oznaczającymi, że krzyż wojenny otrzymał dwukrotnie), wrócił z dorobioną drewnianą nogą do USA jako bohater amerykańskiej 77 dywizji piechoty. Zmarł w lipcu 1919 w Fort Monmouth w stanie New Jersey, a wypchanego bohatera do dziś można oglądać w towarzystwie innego zwierzęcego bohatera wojennego, pit bulteriera sierżanta Stubby (jedyny pies awansowany do stopnia sierżanta na polu bitwy), w Smithsonian Institute w Waszyngtonie, w dziale The Price of Freedom: Americans at War.

W Zjednoczonym Królestwie angielska pionierka opieki nad zwierzętami, Maria Dickin (1870–1951) doprowadziła do ustanowienia w roku 1943 Medalu Dickin, przyznawanego zwierzętom za nadzwyczajne poświęcenie na polu walki (lub obrony cywilnej). Jest to zwierzęcy odpowiednik najwyższego brytyjskiego odznaczenia wojennego, Victoria Cross. Do tej pory otrzymały go 63 zwierzęta, w tym 34 gołębie pocztowe⁵.

Wracając ściśle do neurobiologii, ostatnio doniesiono o kilku ciekawych badaniach. Przede wszystkim okazuje się, iż mają one zdolności matematyczne porównywalne z makakami i potrafią nauczyć się szeregowania zbiorów pod względem liczby zawartych w nich elementów, podobnie jak makaki potrafią nauczyć się list przedmiotów czy relacji i tworzyć ich reprezentacje⁶. Potrafią także planować pewne zadania i wykonywać je według planu, co uważamy za szczególną własność ludzkiego umysłu⁷.

Zupełnie niespodziewaną rzeczą okazało się, że gołębie mogą się zachowywać jak nałogowi hazardziści, grający z „jednoręcznym bandytą”. Skonstruowano taki automat do gry dla gołębi, który ptak uruchamiał dziobnięciem w umieszczony po prawej stronie obraz dźwigni, a następnie mógł zatrzymywać kolejne z czterech obracających się bębnów z symbolami. Jeżeli udawało mu się ułożyć bębny tak, że wszystkie cztery pokazywały ten sam symbol, gołąb otrzymywał nagrodę.

W doświadczeniu tym badano aktywność pojedynczych neuronów w ptasim odpowiedniku kory przedczołowej — tylnobocznym nidopalium, i stwierdzono, że występują tam cztery typy neuronów, reagujące w sytuacji „nagroda blisko” (już trzy ułożone), „wygrałem” (cztery ułożone), przegrałem, oraz „omal wygrałem” (trzy ułożone, a w czwartym pożądany symbol znajduje sie o jedno miejsce wyżej lub niżej, niż trzeba). Podobnie jak u ludzi, sytuacja „omal wygrałem” zachęca do intensywniejszej gry⁸. Wydaje się, że gołębie podobnie jak ludzie mogą czerpać przyjemność z hazardu.

I ostatnie doświadczenie, o którym doniesiono na X Zjeździe Towarzystwa Biologii Doświadczalnej w Glasgow w lipcu 2011 roku i jeszcze nie opublikowano, a które wykazało, że dziko żyjące gołębie miejskie są bystrymi obserwatorami i rozpoznają ludzi po twarzy, a nie po ubraniu. Przeprowadzone w jednym z paryskich parków doświadczenie polegało na tym, że podobni wzrostem i kolorem skóry badacze ubrani w różnego koloru chałaty laboratoryjne przechadzali się wśród gołębi rozrzucając karmę, ale jedna osoba zachowywała sie neutralnie, druga natomiast wrogo, strasząc i przepędzając ptaki. Następnego razu obie osoby zachowywały się neutralnie, ale gołębie zdecydowanie unikały osoby im nieprzyjaznej. Zamiana chałatów nie zmieniła zachowania gołębi — ewidentnie pamiętały one nie ubrania, ale cechę znacznie bardziej charakterystyczną — twarz.  Autorzy sugerują, że dziko żyjące gołębie miejskie nauczyły się, że człowiek pozostaje taki sam nawet po zmianie ubrania⁹.  Gołębie rozpoznają po twarzach również inne gołębie. Jednak już 17 lat temu stwierdzono, że w rozpoznawaniu twarzy istnieje zasadnicza różnica pomiędzy człowiekiem i małpami, a gołębiami. My, ludzie, rozpoznajemy twarz używając wyspecjalizowanych komórek, reagujących na twory „twarzopodobne”, i dopiero tak rozpoznane obiekty są poddane szczegółowej obróbce, bowiem obiektywnie rzecz biorąc różnice między twarzami są bardzo niewielkie. Stąd, jeżeli twarz nie jest prawidłowo zorientowana (oczy na górze, usta na dole) możemy jej w ogóle nie rozpoznać jako twarzy, a z całą pewnością nie potrafimy na twarzy ułożonej nieprawidłowo wyczytać emocji. Tymczasem u gołębi ułożenie twarzy nie ma znaczenia¹⁰. W tym sensie gołąb zachowuje się jak rozpoznający obraz komputer, który również rozpozna twarz ułożoną w dowolnej pozycji. Oczywiście oznacza to, że mózg gołębia ma znacznie większe niż nasz moce obliczeniowe i może pominąć proces wstępnej selekcji danych.

Wydaje się, że sprawę podsumował najlepiej profesor Kenneth Paul Dial z Uniwersytetu Montany, twórca nowej teorii ewolucji ptaków: „Przeliczając na wagę ciała, Columba livia jest jednym z najsprytniejszych i fizycznie najlepiej przystosowanych stworzeń w królestwie zwierząt”.

---

Piśmiennictwo

1. Shimizu T, Patton TB, Husband SA. Avian visual behavior and the organization of the telencephalon. Brain Behav Evol. 2010;75:204-217.
2. Mehlhorn J, Haastert B, Rehkämper G. Asymmetry of different brain structures in homing pigeons with and without navigational experience. J Exp Biol. 2010;213(Pt 13):2219-2224.
3. Irving Fang: Alphabet to Internet: Mediated Communication in Our Lives. Rada Press 2008 ISBN-10: 1933011904.
4. Bardzo interesujące, szczegółowe opracowanie Johna Hayhursta „The Pigeon Post into Paris 1870–1871”.
5. Zainteresowanych dalszymi fascynującymi faktami o gołębiach odsyłam do strony Pigeon Control Resource Centre 2009.
6. Scarf D, Colombo M. Representation of serial order in pigeons (Columba livia). J Exp Psychol Anim Behav Process. 2010;36:423-429.
7. Scarf D, Colombo M. The formation and execution of sequential plans in pigeons (Columba livia). Behav Processes. 2010;83:179-182.
8. Scarf D, Miles K, Sloan A, Goulter N, Hegan M, Seid-Fatemi A, Harper D, Colombo M. Brain cells in the avian ‚prefrontal cortex’ code for features of slot-machine-like gambling. PLoS One. 2011 Jan 25;6(1):e14589.
9. Belguermi A, Bovet D, Leboucher G. Pigeons discriminate easily between human feeders. X SEB Glasgow 2011, A9.21.
10. Phelps MT, Roberts WA. Memory for pictures of upright and inverted primate faces in humans (Homo sapiens), squirrel monkeys (Saimiri sciureus), and pigeons (Columba livia). J Comp Psychol. 1994;108:114-125.

~ - autor: vetulani w dniu 28 grudnia, 2011.