Циркадные часы регулируют поведение всех живых существ. Ученые из Вюрцбургского университета более внимательно изучили анатомические структуры часов и молекулярные процессы у медоносной пчелы.
Как пчеле удается посетить цветы, которые цветут точно в нужное время? Как пчелы находят дорогу обратно в улей, даже если солнце, которое они используют в качестве ориентира, изменило свое положение на небе? Как они передают эту информацию другим пчелам? И какие молекулярные процессы контролируют это поведение и в каких анатомических структурах они происходят?
Хронобиология - это дисциплина, изучающая эти и другие вопросы о циркадных часах всех живых организмов, от простейших до человека. Профессор Шарлотта Хельфрих-Фёрстер является экспертом в этой области в Вюрцбургском университете. Она заведует кафедрой нейробиологии и генетики и занимается исследованиями в Биоцентре, уделяя особое внимание циркадным ритмам насекомых. Теперь она и ее команда обнаружили новые детали этих процессов у медоносной пчелы. Ученые опубликовали свои выводы в журнале Open Biology of the Royal Society.
Отслеживание пептида
«В нашем текущем исследовании мы сосредоточились на концентрации определенного пептида в центральной нервной системе пчелы», - объясняет Шарлотта Хельфрих-Фёрстер. Этот пептид называется «пигмент-дисперсионным фактором» или сокращенно PDF на научном языке. Уже некоторое время известно, что он играет центральную роль в циркадных часах насекомых. Предыдущие измерения также показали, что специальные нервные клетки, так называемые часовые нейроны, производят PDF.
Хельфрих-Фёрстер с коллегами-исследователями из университетов Регенсбурга и Иерусалима более внимательно изучили эти нервные клетки. Их целью было детально проанализировать нейронные процессы и анатомические структуры циркадных часов. С этой целью ученые использовали изображения центральной нервной системы пчелы с высоким разрешением в сочетании с непрерывным измерением локальной концентрации PDF в течение дня и последующим анализом. Кроме того, исследователи вводили пчелам искусственные пептиды PDF и изучали последствия.
Анатомический мост в сети часов
Шарлотта Хельфрих-Фёрстер резюмирует основные результаты этих экспериментов следующим образом: «Наши анализы показывают, что нейроны PDF направляются к областям мозга, которые необходимы для обучения, памяти и ориентации на солнце. Концентрация белков PDF подвержен значительным колебаниям в течение дня с абсолютным минимумом рано утром. Когда пчелам давали искусственную PDF, их типичный поведенческий паттерн откладывался на некоторое время».
Для ученых это ключ к разгадке того, что нейроны часов PDF образуют анатомический мост между различными клетками водителя ритма в сети часов насекомых. Более того, они передают информацию о дне и ночи от циркадных часов в такие области мозга, которые контролируют сложные поведения, такие как ориентация по солнцу, временная память и организация работы в течение дня.