Poput večere za Dan zaljubljenih ili kutije čokolade, mužjaci voćnih mušica imaju svoje rituale za udvaranje.
Kao deo složenog ponašanja udvaranja, mužjaci muve vibriraju svojim krilima kako bi proizveli prepoznatljivu pesmu koja prenosi poruku obližnjim ženkama. Koristeći interne informacije i signale ženki i okoline, mužjaci iz trenutka u trenutak odlučuju da li će pevati i kako.
Iako naučnici sada znaju mnogo o tome kako pokreti muva proizvode pesme, još uvek nije jasno koje ćelije i kola u nervnom sistemu muve omogućavaju to ponašanje.
Sada, koristeći skup novih alata, uključujući studio za snimanje mušica po meri, istraživači u HHMI-jevom istraživačkom kampusu Janelia su precizirali grupu neurona u nervnoj moždini — strukturi analognoj našoj kičmenoj moždini — koji proizvode i oblikuju dve muve. glavne udvaračke pesme. Takođe su merili neuronsku aktivnost u ovim ćelijama dok su muve pevale da bi razumeli kako ovi neuroni kontrolišu svaku vrstu pesme.
Rezultat je dubinski pogled na to kako nervni sistem muva koordinira složeno društveno ponašanje i generiše višestruke pokrete koristeći zajednički skup mišića – informacije koje bi mogle pomoći istraživačima da bolje razumeju kako druge životinje, uključujući ljude, sprovode sofisticirane akcije.
Rad takođe pruža novu mapu neurona u nervnoj vrpci koja je potrebna za pesmu o udvaranju muva, omogućavajući istraživačima širom sveta da dalje ispitaju kako je ponašanje evoluiralo i kako se signali proizvode.
„Kombinovanje nekoliko eksperimentalnih pristupa nam je omogućilo da ispitamo strukturna, fiziološka i funkcionalna svojstva kola pesme kako bismo saznali kako se ova ponašanja proizvode“, kaže Džošua Lilvis, naučnik koji je vodio jedan od dva projekta za karakterizaciju neuronskih kola. . „Ali povrh toga, mislim da će ovo biti veliki resurs za zajednicu koji će ljudi kopati dugi niz godina.“
Modeliranje ponašanja
Dobro proučena voćna mušica je ključno sredstvo za neuronaučnike koji istražuju neuronske osnove ponašanja.
„To je odličan model za složene motoričke programe i komunikaciju između polova i kako se te komunikacije razvijaju“, kaže Dženelija, viši vođa grupe Dejvid Stern, stariji autor istraživanja. „Na ta pitanja je teško odgovoriti u bilo kom drugom sistemu.
Pošto se muve tako aktivno proučavaju, sada je na raspolaganju mnogo novih alata za ispitivanje ovih pitanja, uključujući genetske alate za ciljanje specifičnih ćelija i konektoma koji mapiraju neurone muve i njihove veze.
„Svi delovi se sada spajaju kako bi omogućili zaista duboko razumevanje kako žene konstruišu i tumače ova ponašanja, a zatim kako se ova ponašanja razvijaju“, kaže Stern.
Jedno pitanje, dva pristupa
Koristeći prednosti mnogih od ovih novih alata, istraživači u Janelia-u su krenuli da istraže neurone i kola koja su u osnovi pokreta koji proizvode pesme o udvaranju muva na dva različita, ali komplementarna načina.
Jedan projekat, koji je vodio Lillvis, koristio je kolekciju genetski modifikovanih muva razvijenih u Janelia koje ciljaju više od 40 različitih tipova ćelija koje se povezuju sa mušinim krilima i nervnom vrpcom. Ovi sojevi muva omogućili su sistematsko testiranje uloga različitih neurona u stvaranju pesama udvaranja.
Tim je koristio specijalno napravljen studio za snimanje muva za snimanje pesama koje je generisalo 96 muva istovremeno. Dok su aktivirali ili utišavali svaki tip ćelije dok su muve pevale, istraživači su mogli da otkriju ulogu različitih neurona u generisanju signala. Oni su analizirali više od 1.800 sati pesme od više od 5.000 muških muva da bi kvantifikovali kako promene u neuronskoj aktivnosti utiču na različite karakteristike dve pesme.
Kada su identifikovali uključene neurone, tim je zatim koristio konektom ventralnog nervnog kabla muve, koji su završili istraživači i saradnici Janelia prošle godine, da bi pratili kako su neuroni povezani jedni sa drugima.
Tim je otkrio da je mali broj neurona kritičan za proizvodnju pesama mušica i da ove ćelije formiraju visoko povezano, preklapajuće kolo koje generiše dve glavne vrste pesama. Puno kolo neurona proizvodi jednu pesmu — stariju od dve pesme — dok podskup neurona u kolu proizvodi drugu, nedavno razvijenu pesmu.
„Mislimo da bi ovo mogao biti uobičajen mehanizam: kako životinja razvija nova ponašanja, ona uzima deo krugova koji već postoje i modifikuje ono što rade“, kaže Lillvis.
U komplementarnom projektu koji je vodio naučnik za istraživanje Janelia Hiroshi Shiozaki, istraživači su ispitali neuronsku aktivnost pevačkih muva da bi razumeli kako neuroni proizvode pesmu.
Da bi to uradili, istraživači su koristili novi instrument Shiozaki koji je razvijen u Japanu i doneo Janeliji u njegovom koferu. Koristeći kombinovani uređaj za snimanje i mikroskop, tim je uspeo da snimi nervnu aktivnost u nervnoj vrpci muve dok je insekt pevao – nešto što ranije nije urađeno. Ovo je omogućilo timu da se domogne na kome su neuroni doprineli različitim aspektima ponašanja.
Zanimljivo je da su ova dva pristupa došla do istog zaključka: jedno ugnežđeno kolo kontroliše oba tipa pesama. Rezultati takođe sugerišu da postoji jedan put u mozgu koji definiše kada pevati i drugi put koji određuje koju vrstu pesme treba pevati. Ovi „kada“ i „šta“ putevi obezbeđuju ulaz u neurone nervnog kabla, aktivirajući različite ćelije u ugnežđenom kolu koje omogućavaju proizvodnju različitih pesama.
Za Šiozakija, ostvarenje projekta je dugoročni san, na koji se on i Lilvis nadaju da će graditi dok dalje istražuju kako je evoluirala pesma mušica, uključujući različite vrste voćnih mušica.
„To je uzbudljivo jer otvara mnogo novih pravaca za proučavanje dugoročne evolucije ponašanja i detaljnije analize o tome kako se proizvode složena motorička ponašanja“, kaže Šiozaki.
