Обыкновенная мясная муха взлетает и маневрирует без усилий, ее голова и тело удерживаются скрытой крошечной структурой, похожей на гироскоп, которая придает ей непревзойденный баланс.
Та же самая муха - эти специализированные структуры, известные как «жужжальца», теперь удаленные хирургическим путем - снова взлетает, но тут же начинает дико кувыркаться, не в силах выпрямиться или отличить вверх от низа, из стороны в сторону.
Так что же происходит? Почему это имеет значение? И что это может значить для нас?
У Александры Яргер из Университета Кейс Вестерн Резерв, доктора биологических наук и первого автора новой статьи, опубликованной в сентябре в журнале Proceedings of the Royal Society B, есть некоторые ответы на эти вопросы.
Яргер изучает электрическую активность нейронов в структуре жужжальца, которая когда-то была второй парой крыльев, но за миллионы лет эволюции превратилась в то, что служит невидимой балансирующей системой.
Ее открытия могут когда-нибудь помочь нам создать более чувствительные дроны или лучше сбалансированных роботов, сказала Джессика Фокс, доцент биологии в Case Western Reserve и наставник Яргера в этом проекте. Ее лаборатория изучает поведение мух и то, как сенсорные системы обрабатывают информацию с 2013 года.
«Мы уже продемонстрировали в статье 2015 года, что мухи на самом деле делают со своими жужжальцами при перемещении, и в этой статье мы спросили, что их нервная система делает с этой информацией», - сказала она..
Продвижение долгой истории науки о мухах
Яргер получила большую часть своего понимания, фактически взяв на себя работу жужжальца для нескольких видов обыкновенных мух: мясных мух, черных мух и журчалок. Она приклеила кусок металла к кончику жужжальца каждой мухи, а затем манипулировала им с помощью небольшого магнита, чтобы имитировать изменение ориентации во время полета, а затем записала генерируемые им электрические сигналы - по сути, код, посылаемый «вниз по течению» к мышцам, заставляющим их двигаться. летать лучше, чем другие насекомые.
«Мы знаем, что жужжальца активируют нейроны, которые, в свою очередь, говорят своим крыльям и шее, что делать, но до сих пор никто точно не знал, как это происходит», - сказал Яргер, который работал над проектом более период около двух лет, начиная с 2016 года.
Ученые впервые продемонстрировали эффект от удаления недоуздка еще в 1714 году, сказал Фокс.
Идея о том, что когда муха вращается, нейроны могут реагировать иначе, чем когда муха не вращается, постулировалась 70 лет назад ученым по имени Дж. В. Pringle, но он так и не смог напрямую проверить свои гипотезы из-за отсутствия технологий для выполнения этой работы.
Но у Прингла были две связанные мысли: либо некоторые нейроны, которые не срабатывали, когда муха летела прямо, начнут срабатывать, когда муха вращалась; или что некоторые нейроны могут изменять время своего возбуждения при вращении мухи, сказал Фокс.
«Алекс обнаружила, что обе эти идеи были правильными, и теперь у нас есть четкое представление о том, что это за код, потому что она его нашла», - сказал Фокс. «Мы обнаружили, что этот единственный скачок, перемещающийся во времени, формирует код «я вращаюсь» и «я не вращаюсь».
"Далее мы хотим узнать, как нижележащие нейроны интегрируют входные данные от этих 300 клеток для получения соответствующего поведенческого результата."