Что общего у древних мореплавателей и плодовых мушек? Исследователи из Калифорнийского технологического института обнаружили, что, подобно морским навигаторам древности, плодовые мушки используют небесные ориентиры, такие как солнце, для навигации по прямым линиям.
Исследование описано в статье, опубликованной в Интернете 30 августа в журнале Current Biology. Работа была выполнена в лаборатории Майкла Дикинсона, Эстер М. и Эйба М. Зарем, профессора биоинженерии и аэронавтики. Дикинсон является аффилированным преподавателем Института неврологии Тяньцяо и Крисси Чен в Калифорнийском технологическом институте.
Представьте, что вы бродите в одиночестве по огромной пустыне - пейзаж бесплоден и палит солнце. Здесь нет ориентиров, которые могли бы направить вас, но случайное движение по кругу может означать смерть. Какое бы направление вы ни выбрали, нужно уметь двигаться прямо.
Это загадка дрозофилы, обыкновенной плодовой мухи, обитающей в пустыне. Почти 40 лет назад исследование показало, что плодовые мушки могут пролетать до девяти миль за одну ночь в поисках пищи и воды. Как эти крошечные насекомые могут преодолевать такие большие расстояния?
«Для мух, пересекающих негостеприимную территорию, летать по кругу было бы очень опасно - у них меньше шансов найти пищу или воду», - говорит ученый с докторской степенью Изабель Хиральдо, первый автор исследования. «Удивительно, но плодовые мушки сезонно встречаются в таких местах, как пустыня Мохаве. Они должны откуда-то попасть туда, и, оказавшись там, они должны выяснить, как передвигаться».
Хиральдо и ее сотрудники обнаружили, что плодовые мушки ориентируются по солнцу в качестве ориентира. Исследователи поместили мух в «авиасимулятор» - своего рода виртуальную реальность, где они удерживаются на месте, но могут двигать крыльями в ответ на визуальные стимулы. Исследователи обнаружили, что муха фиксирует маленькое яркое пятно (имитация солнца) в одном месте в поле своего зрения и летит прямо относительно этого положения. Когда команда удалила этот ориентир и снова ввела его через несколько часов, та же самая муха могла вспомнить и принять свою прежнюю ориентацию или направление. Каждая муха, которую они тестировали, выбирала свой заголовок, предполагая, что в естественных условиях мухи в группе будут рассеиваться во многих направлениях.
«Было немного неожиданно обнаружить, что те же надоедливые маленькие мухи, которые порхают вокруг ваз с фруктами и бокалов с вином, способны перемещаться на многие мили по солнцу», - говорит Дикинсон.
Исследование также показывает, что у этих мух есть так называемые нейроны компаса в их мозгу, которые, кажется, связаны с этим навигационным поведением. Генетическое замалчивание этих нейронов (делающее их неспособными функционировать) лишило муху возможности определять курс по солнцу. Вместо этого муха приняла более простое рефлекторное поведение, летя прямо к свету. Используя генетические инструменты, Хиральдо и ее команда также смогли изменить эти нейроны, чтобы они флуоресцировали в соответствии с уровнем активности нейронов. Затем, проделав крошечное отверстие в голове мухи и используя мощный микроскоп, исследователи смогли наблюдать за активностью нейронов, пока муха находилась в симуляторе.
«Насекомые бороздят просторы уже много миллионов лет, поэтому мы думаем об этом как об очень древнем инструменте», - говорит Джиральдо. «Мы довольно мало знаем о навигации у других насекомых, таких как бабочки-монархи и саранча - сезонно мигрирующих насекомых, чье поведение заметно или влияет на нас напрямую. это мощная система для понимания механизмов, лежащих в основе поведения. На самом деле, поскольку анатомия или структура мозга дрозофилы очень похожа на мозг этих других насекомых, то, что мы узнаем от плодовых мушек, вероятно, имеет отношение к ним».
Следующие шаги для этого исследования, по словам Хиральдо, многогранны.
"Есть несколько разных направлений, в которых мы можем двигаться в этой работе", - говорит она. «Например, мы знаем, что нейроны компаса должны быть частью более сложной навигационной цепи, и мы хотели бы исследовать эту цепь. Если мухи запоминают свое направление с течением времени, как они это делают? изучение того, существуют ли сезонные различия в схемах навигации, путем взятия мух, которые в основном генетически идентичны, и выращивания их при разных температурах и длине дня. Вызывают ли условия выращивания поведенческие различия? Это связано с вопросом о том, как и почему мухи попадают в негостеприимную среду в разное время. года."