Drosophila, opšte poznata kao voćne mušice, bila je u fokusu brojnih biomedicinskih i neuronaučnih studija, jer se lako mogu uzgajati, ispitivati i eksperimentisati. Tokom godina, studije o Drosophili dovele su do brojnih uzbudljivih otkrića, otvarajući put razvoju novih farmaceutskih lekova, kao i letećih robota i drugih tehnologija.
Istraživači sa Univerziteta u Vašingtonu, Medicinskog fakulteta Bejlor, Medicinskog fakulteta Harvard, Univerziteta Zapadnog Ontarija i drugih instituta nedavno su otkrili nove mehaničke i biološke procese u ovim sićušnim insektima, koji podržavaju njihovu sposobnost da osete sopstvenu lokaciju i kretanje u svemiru, poznate kao propriocepcija. Rad, objavljen u Neuronu, mogao bi imati vrijedne implikacije i za buduća biološka i robotska istraživanja.
„U prethodnom radu otkrili smo da proprioceptivni senzorni neuroni u mušnoj nozi otkrivaju različite aspekte pokreta zglobova, kao što su položaj, pokret i vibracije“, rekao je za Medical Kspress Džon Tuthil, jedan od istraživača koji su sproveli studiju.
„Logičan sledeći korak je bio da se utvrdi kako ovi različiti senzorni neuroni, koji su mehanički spojeni na isti zglob, otkrivaju različite stimuluse. U ovom radu smo razmatrali dve alternativne hipoteze: (1) da svaka klasa proprioceptora izražava različite mehanosenzorne jonske kanale koji otkriti različite stimuluse ili (2) da je svaka klasa proprioceptora podvrgnuta različitim mehaničkim silama zbog biomehaničke specijalizacije.“
Da bi testirali svoje hipoteze, Tuthill i njegove kolege analizirali su podatke koje je prethodno prikupila grupa njihovih saradnika na medicinskoj školi Harvard. Ovi podaci su se sastojali od slika noge Drosophile snimljene metodom snimanja koja se zove rendgenska holografska nanotomografija.
„Prvi napredak je došao kada su naši saradnici u laboratoriji Vei Čung Lija snimili nogu muve u rendgenskom sinhrotronu“, objasnio je Tuthill. „Iz skupa podataka koji su sastavili, bili smo u mogućnosti da rekonstruišemo sve proprioceptore i tetive, što je otkrilo da su različite klase senzornih neurona pričvršćene za zglob tibije na različite načine. To nam je omogućilo da izgradimo biomehanički model kako su mehanički stimulisan kako se noga kreće.“
Nakon što su sastavili svoj biomehanički model noge Drosophile, istraživači su testirali njegova predviđanja koristeći imidžing kalcijuma, tehniku mikroskopije koja se može koristiti za praćenje aktivnosti neurona tokom vremena. Oni su posebno koristili ovu optičku tehniku da ispitaju aktivnost proprioceptorskih neurona u nozi voćnih mušica dok se njihova tibija pomera.
„Prvo, otkrivamo elegantnu mehaničku spravu u letećoj nozi, nazvanu arkulum, koja efikasno deli pokrete zglobova na visoke i niske frekvencije, koje usmerava na različite proprioceptore“, rekao je Tuthill. „Drugo, otkrili smo da proprioceptivni senzorni neuroni u mušnoj nozi kodiraju topografsku mapu ugla zgloba. Drugi senzorni nizovi, poput mrežnjače i pužnice, sadrže topografske mape, ali ovo je prvo što smo čuli za proprioceptivnu mapu.“
Otkriveno je da sofisticirana mehanička komponenta koju su otkrili Tuthill i njegove kolege igra ključnu ulogu u propriocepciji insekata. U budućnosti, robotičari bi mogli da pokušaju da veštački repliciraju ovu komponentu u robotskom sistemu, kako bi poboljšali svoju sposobnost da osete svoju lokaciju, telo i pokrete u svom okruženju.
Istovremeno, otkriće procesa kroz koji noge muva kodiraju topografske karte njihovog okruženja moglo bi da informiše dodatna istraživanja u biologiji. Konkretno, drugi timovi bi mogli pokušati da otkriju slične procese kod drugih životinja.
„Jedan od naših sledećih ciljeva biće da koristimo anatomske rekonstrukcije poput ove za izgradnju većih, tačnijih biomehaničkih modela udova, koji se mogu koristiti za simulaciju mehaničkih interakcija sa okolinom“, dodao je Tuthill. „Na primer, mogli bismo simulirati kako se noga kreće kada se određeni mišići kontrahuju tokom hodanja i kako ove pokrete osećaju proprioceptori.“
