Istraživači su predložili novi model za evoluciju viših funkcija mozga i ponašanja insekata iz reda Himenoptera. Tim je uporedio Kenionove ćelije, vrstu neuronske ćelije, u telima pečuraka (deo mozga insekata koji je uključen u učenje, pamćenje i senzornu integraciju) „primitivnih“ pilerica i sofisticiranih pčela medonosnih.
Otkrili su da su tri različita, specijalizovana podtipa Kenion ćelija u mozgu medonosnih pčela evoluirala od jednog, multifunkcionalnog pretka podtipa Kenion ćelija. U budućnosti bi ovo istraživanje moglo da nam pomogne da bolje razumemo evoluciju nekih naših viših moždanih funkcija i ponašanja.
Da li ste „zauzeti kao pčela“, „društveni leptir“ ili „muva na zidu“? Postoji mnogo načina na koje poredimo svoje ponašanje sa ponašanjem insekata, a kako se ispostavilo, to može biti više od samo zabavnih idioma. Proučavanje insekata moglo bi nam pomoći da razumemo ne samo kako se njihovo ponašanje razvilo, već i ponašanje visoko evoluiranih životinja, uključujući i nas same.
Mozak sisara je veliki i složen, tako da je teško identifikovati koja su se ponašanja i nervne i genetske promene zajedno razvile tokom vremena. Poređenja radi, mozgovi insekata su mnogo manji i jednostavniji, što ih čini korisnim modelima za proučavanje.
„U 2017. prijavili smo da se složenost podtipova Kenion ćelija (KC) u telima pečuraka u mozgu insekata povećava sa diverzifikacijom ponašanja kod Himenoptera (veliki i raznoliki red insekata)“, objasnio je profesor Takeo Kubo sa Fakulteta za naučne nauke na Univerzitet u Tokiju i koautor trenutne studije objavljene u Science Advances.
„Drugim rečima, što više KC podtipova insekt ima, složeniji je njegov mozak i ponašanje koje može da pokaže. Ali nismo znali kako su ovi različiti podtipovi evoluirali. To je bio podsticaj za ovu novu studiju.“
Tim sa Univerziteta u Tokiju i Japanske Nacionalne organizacije za istraživanje poljoprivrede i hrane (NARO) izabrali su dve vrste Himenoptera kao predstavnike za različita ponašanja: usamljenu repu (koja ima jedan podtip KC) i sofisticiranu, društvenu medonosnu pčelu (koja ima tri KC podtipa).
Kako pilerica ima „primitivniji“ mozak, smatra se da sadrži neka svojstva predaka mozga medonosne pčele. Da bi otkrili potencijalne evolucione puteve između njih, istraživači su koristili analizu transkriptoma da identifikuju profile ekspresije gena (genetsku aktivnost) različitih KC podtipova i spekulišu o njihovim funkcijama.
„Iznenadilo me je da je svaki od tri podtipa KC u medonosnoj pčeli pokazao uporedivu sličnost sa jednim tipom KC kod pile“, rekao je docent Hiroki Kohno, koautor sa Visoke škole nauke. „Na osnovu naše početne komparativne analize nekoliko gena, ranije smo pretpostavili da su dodatni KC podtipovi dodavani jedan po jedan. Međutim, čini se da su odvojeni od multifunkcionalnog tipa predaka, kroz funkcionalnu segregaciju i specijalizaciju.“
Kako se broj KC podtipova povećavao, svaki podtip je gotovo podjednako nasledio neka različita svojstva od KC predaka. Oni su se zatim modifikovali na različite načine, što je rezultiralo njihovim različitim današnjim funkcijama.
Istraživači su želeli specifičan primer ponašanja kako su funkcije KC predaka prisutne i kod pile i pčela. Dakle, obučili su pile da se uključe u uobičajeni test ponašanja pčela medonosnih, gde uče da povezuju mirisni stimulans sa nagradom. Iako je u početku bio izazovan, tim je na kraju uspeo da uključi pile u zadatak pamćenja.
Istraživači su zatim manipulisali genom zvanim CaMKII u larvama pile, koji je kod medonosnih pčela povezan sa formiranjem dugoročne memorije, funkcije KC. Kada su larve postale odrasle, njihovo dugotrajno pamćenje je narušeno, što ukazuje da gen igra sličnu ulogu i kod testera i pčela. Iako je CaMKII bio eksprimiran (tj. bio je aktivan) u celom pojedinačnom podtipu KC kod pile, kod medonosnih pčela, bio je prvenstveno izražen u samo jednom KC podtipu. Ovo sugeriše da je uloga CaMKII u dugoročnom pamćenju preneta na specifičan podtip KC kod pčela.
Uprkos razlikama u veličini i složenosti mozga insekata i sisara, postoje zajedničke karakteristike u pogledu funkcije i osnovne arhitekture nervnog sistema. Zato model predložen u ovoj studiji za evoluciju i diversifikaciju KC podtipova može pomoći u boljem razumevanju evolucije našeg sopstvenog ponašanja. Zatim, tim je zainteresovan za proučavanje KC tipova stečenih paralelno sa društvenim ponašanjem, kao što je „ples vitlanja“ medonosne pčele.
„Želeli bismo da razjasnimo da li je model koji je ovde predstavljen primenljiv na evoluciju drugih ponašanja“, rekao je Takajoši Kuvabara, doktorant i vodeći autor sa Fakulteta nauka. „Postoje mnoge misterije o neuralnoj osnovi koja kontroliše društveno ponašanje, bilo kod insekata, životinja ili ljudi. Kako je evoluirala i dalje ostaje uglavnom nepoznato. Verujem da je ova studija pionirski rad u ovoj oblasti.“
