В ходе классических экспериментов с лягушками ученые обнаружили, что стремление земноводных убежать от опасно горячей воды значительно уменьшалось, когда температура воды поднималась очень постепенно.
На самом деле, чувствительность многих животных к температуре, включая человека, также зависит от скорости ее повышения. Однако, почему именно, так и не было понято.
Надеясь пролить свет на это явление, профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Крейг Монтелл и аспиранты Цзюньцзе Луо и Вей Шен разработали личинки плодовой мухи в качестве модели, чтобы выявить механизм, с помощью которого животное демонстрирует разные поведенческие реакции на быстрое и медленное движение. повышается температура.
Исследователи обнаружили, что быстрое изменение температуры на 25 градусов по Фаренгейту вызывает корчащуюся реакцию у личинок плодовой мухи. Однако при постепенном повышении температуры реагировало гораздо меньше животных, а у тех, которые реагировали, средняя пороговая температура была значительно выше. Выводы команды опубликованы в журнале Nature Neuroscience.
«Мы много знаем о том, как животные ощущают сильное и внезапное повышение температуры», - сказал Монтелл, профессор нейробиологии Патрисии и Роберта Дагган на кафедре молекулярной, клеточной и биологии развития Калифорнийского университета. «Они реагируют на ядовитое тепло, инициируя реакцию побега. Но как получается, что животные настолько менее чувствительны к той же высокой температуре, когда изменение происходит очень медленно?»
Ответ на этот вопрос состоял из двух частей. Во-первых, Монтелл и его команда идентифицировали термосенсорные нейроны в мозге, отвечающие за восприятие скорости изменения температуры, что помогло определить лежащий в основе молекулярный механизм.
«Когда происходит действительно быстрое изменение температуры, вы хотите защитить мозг, особенно у личинок мух, потому что они хладнокровны и температура их тела уравновешивается снаружи», - объяснил Монтелл. «Если их мозг чувствует быстрое повышение температуры, это стимулирует реакцию корчей».
Во-вторых, исследователи обнаружили, что быстрая реакция на быстро увеличивающееся тепло зависит от канала переходного рецепторного потенциала (TRP). Активация клеточного датчика температуры, белка под названием TRPA1, была не просто функцией абсолютной температуры, а скорее зависела от скорости изменения температуры. Если повышение температуры было быстрым, TRPA1 быстро включался и возбуждал эти термосенсорные нейроны мозга. Когда температура повышалась медленно, TRPA1 был менее активен.
«Существует механизм обратной связи, который выключает этот белок так же быстро, как и включает», - сказал Монтелл.«Когда он включается быстро, он стимулирует путь, вызывающий корчащую реакцию. Но когда процесс происходит медленно, механизмы включения и выключения нейтрализуют друг друга».
Ученые утверждают, что способность ощущать скорость изменения температуры является важнейшим механизмом выживания, который позволяет животному быстро реагировать и спасаться от вредного термального ландшафта, пока не стало слишком поздно.
«Мы думаем, что подобные механизмы существуют и у других животных, например, у лягушек», - сказал Монтелл. «Возможно, родственные механизмы влияют и на чувствительные к температуре TRP-каналы у людей. В конечном счете, если общий механизм сохраняется у разных видов, наши открытия могут пролить свет на то, как разные животные адаптируются к скорости изменения температуры».