RESEARCH ARTICLE| 01 September 1954
Про случайность\неслучайность эволюции пойдёт сегодня речь. Кто подзабыл со школы теорию ламаркизма, напомню: это учение, согласно которому все живые организмы стремятся к прогрессу, развиваясь от простого к сложному. Типа, организмы целесообразно изменяются, приспосабливаясь к условиям окружающей среды.
Это окончательный отчет об эксперименте, начатом в 1932 году и длившемся 20 лет, в котором учёные повторили, в его основных чертах, известный эксперимент Уильяма Макдугалла, претендующий на выявление ламарковского наследования эффектов обучения у крыс. Тест включает в себя различение света, и Макдугалл зафиксировал устойчивое улучшение скорости обучения на протяжении 32 поколений.
Однако, упомянутая группа исследователей тоже получила долгосрочные тенденции улучшения скорости обучения - но также обнаружила, что эффект не сохраняется. Это исключает ламарковскую интерпретацию.
Важное наблюдение для тех, кто хочет заниматься со своим крысуном: и прогрессивные изменения в скорости обучения на протяжении ряда поколений в действительности коррелируют со здоровьем лабораторной колонии, которое подвержено периодам упадка и восстановления.
Так и чем же занимались биологи? Пытались повторить и корректно анализировать исследование известного эксперимента Макдугалла, который якобы продемонстрировал эффект Ламарка в наследовании вызванной фобии драки у крыс.
Эксперимент состоял в том, что крыс помещали в резервуар с водой, из которого они выбирались, используя один из двух выходов. Один из них был освещен (и туда ещё подавался ток 230 В, 1,2 мА, длительностью 3 секунды), другой нет.
Понятно, что шерстяные тихушники и в не-экспериментальных условиях предпочли бы тёмный выход, а уж когда по лапкам бьёт током! Ну, в общем, крысы были мотивированы и довольно быстро научились избегать неприятностей светлого пандуса.
Учёные, тем временем, регистрировали количество сделанных крысами ошибок - и оно уменьшалось в последовательных поколениях, по сравнению с контрольной группой. Это и есть фактор Ламарка.
На протяжении тридцати двух поколений эксперимента Макдугалла, записи о которых имеются, наблюдалось такое прогрессивное снижение количества ошибок. Макдугалл приписывал это улучшение способности к обучению наследованию эффектов предкового обучения.
Итак, задача: сбежать из бассейна по тёмному пандусу. Крыса считалась выучившей задачу, как только она делала двенадцать последовательных правильных забегов.
В эксперименте участвовали вредители в возрасте 26 дней. Чтобы познакомить их с тренировочным аппаратом, им давали шесть "забегов" без освещенных пандусов, после чего начиналось обычное обучение.
Оно состояло из четырех забегов в день в течение 5 дней (животные все еще были довольно маленькими) и затем по шесть в день, пока задача не была усвоена. Небольшой части крыс, которые не смогли решить задачу к 52-му дню обучения, была предоставлена "специальная подготовка". Это были, почти без исключения, крысы, которые выработали привычку идти исключительно к одному пандусу и были совершенно неспособны решить задачу из-за незнания альтернативного выхода. "Специальная подготовка" заключалась в том, чтобы заставить животных, обычно против сильного сопротивления, выбрать правильный путь.
Основная проблема в эксперименте Макдугалла была его неспособность поддерживать контрольную линию крыс для сравнения с его обученной линией. Это принципиально важно, когда речь идёт о наследовании.
Как делается такой контроль:
Все крысы были потомками одной вистаровской пары. Первое поколение, полученное от этой пары (которая не была обучена), было разделено на две группы, одна из которых была обучена и стала предками обученной линии (T). Другая группа не была обучена и стала предками контрольной линии (C).
В каждом поколении необходимое количество крыс обученной линии было обучено и скрещено в качестве родителей следующего поколения. В контрольной линии некоторые пометы не были обучены, но были сохранены в качестве родителей следующего поколения; другие пометы этой линии были обучены, чтобы обеспечить контроль для того же поколения обученной линии. Эти обученные контроли, конечно, не использовались для разведения.
Таким образом, каждое поколение обученной линии было протестировано против примерно равного количества контролей, отличающихся от обученной линии только тем, что их предки не были обучены.
Начинается интересное: в ходе эксперимента начали проявляться генетические различия в окраске и размере тела между обученными и контрольными линиями. Учёные предположили, что мутации могли быть ответственны за постоянное превосходство обученной линии над контрольной примерно между поколениями 12-28.
Это повысило вероятность того, что могут возникнуть дальнейшие мутации, имеющие прямое влияние на скорость обучения. Если такие мутации накапливались в обученной линии, их эффект будет имитировать эффект ламарковского наследования.
Взвешивания, проведенные в поколениях 25-28, а также в поколениях 34-36, показали, что крысы обученной линии были существенно тяжелее контрольных. В возрасте 26 дней разница в среднем весе составляла уже 13 г!
Впоследствии эта разница сгладилась.
Семьи умников:
Минимальный возраст, в котором крысы спаривались, составлял 85 дней. К этому времени даже крысы, которым требовалось "специальное обучение", уже освоили задачу. Для того чтобы каждая крыса, независимо от того, быстро она обучалась или медленно, имела равные шансы стать родителем, все крысы поколения спаривались одновременно и независимо от их результатов обучения. Спаривания брата и сестры избегались, насколько это было возможно.
Результаты:
Каково объяснение наблюдаемых изменений в скорости обучения? Отбор можно исключить. Макдугалл обнаружил, что улучшение продолжалось, когда он намеренно практиковал неблагоприятный отбор.
Вообще, факторов, которые влияют на скорость обучения, семь:
1) суровость наказания,
2) энергичность,
3) интеллект (способность учиться на опыте),
4) сила правой или левой привычки,
5) "авантюризм",
6) случайные факторы, вообще не связанные причинно с процессом обучения.
7) время года, в которое обучали крыс!
Сезонный эффект:
Когда крысы всех пятидесяти поколений двух линий группируются в соответствии с месяцем, в котором они начали свое обучение, и средний класс рассчитывается для каждого из 12 месяцев, обнаруживается, что, начиная с февраля, средние значения регулярно увеличиваются, достигая максимального значения в июле, а затем регулярно уменьшаются до минимального значения в ноябре. То есть, по уму, учебный год должен бы начинаться в ноябре\декабре!
Строгость наказания:
В своих предварительных экспериментах Макдугалл обнаружил, что сила удара током существенно влияет на скорость обучения.
Менее энергичные крысы, как правило, обучались быстрее, потому что.... они получали более суровое наказание! Хотя, возможно, они просто больше времени проводили в воде, не спеша вылезать, и имели возможность сделать лучший выбор.
очень большая энергия и живость немного неблагоприятны для быстрого обучения, а несколько сниженная или ниже средней энергия, вероятно, немного благоприятна
Впрочем, жизнь сложная штука и для какой-то ситуации требуется энергии больше, для какой-то меньше.
Учение - вред? Или нет?
Если бы скорость обучения влияла на здоровье крыс, можно было бы ожидать корреляции между плодовитостью, используемой в качестве меры здоровья, одного поколения, и баллами обучения следующего.
Первый анализ был проведен в отношении поколений 1-40. И да: плодовитость положительно коррелирует с высокими баллами обучения. Умные - здоровее!