Более века скромная и вездесущая плодовая муха помогает ученым пролить свет на генетику, болезни и поведение человека. Теперь новое исследование, проведенное учеными из Университета Майами, показывает, что крошечные крылатые насекомые имеют врожденное предпочтение света, зависящее от времени и цвета, что повышает интригующую возможность того, что наш собственный выбор цвета зависит от времени суток.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature в среду, исследователи сделали два неожиданных открытия. Во-первых, они обнаружили, что при наличии выбора плодовые мушки тянутся к зеленому свету рано утром и ближе к вечеру, когда они наиболее активны, и к красному или тусклому свету в полдень, когда, как и многие люди, они тянутся к зеленому свету. замедлитесь, чтобы поесть и, возможно, взять сиесту.
К большому удивлению исследователей, они также обнаружили, что плодовые мушки Drosophila melanogaster демонстрируют «устойчивое избегание» синего света в течение дня, открытие, которое переворачивает с ног на голову многолетнее предположение. Предыдущие эксперименты, проведенные еще в 1970-х годах, показали, что плодовых мушек привлекает синий свет, основной двигатель циркадных часов или генетический 24-часовой хронометр, который контролирует жизнь людей и большинства других животных.
"Если бы был выбор, тот факт, что мухи не выбрали бы синий цвет, удивителен, но самое удивительное, имеющее отношение не только к мухам, но и к цветовым предпочтениям в целом, заключается в том, что цветовые предпочтения меняются со временем суток», - сказал старший автор Шейум Сайед, доцент кафедры физики, который задумал и разработал исследование вместе с постдокторантом Станиславом Лазопуло. «Это открытие открывает возможность того, что предпочтения человека в отношении цвета также меняются в зависимости от времени суток, что может объяснить, почему было так сложно понять, как цвет определяет наш выбор."
Добавил соавтор исследования Джеймс Д. Бейкер, доцент кафедры биологии, который помогал руководить исследованием: «Стэн показал, что эти животные имеют очень четкое предпочтение разных цветов света в разное время суток, что повторяется изо дня в день. день, от человека к человеку, от генотипа к генотипу. Наше исследовательское сообщество понятия не имело, что происходит».
Четыре года назад, будучи аспирантом в лаборатории Сайеда, Лазопуло решил определить, как дрозофилы будут реагировать на цветной свет, который они видят на досуге в природе. Если бы у них был выбор, какой свет они выбрали бы? Будет ли образец? Будут ли их решения определяться циркадными часами, управляющими всеми организмами?
С помощью своего брата Андрея он создал сложный набор поведенческих экспериментов, в ходе которых сотни одиночных мух помещались в крошечные разноцветные пробирки с пробкой на одном конце, едой на другом конце и тремя отдельными комнаты» - одна зеленая, одна красная и одна синяя - чтобы насекомые могли свободно перемещаться.
Затем он круглосуточно записывал их перемещения, через 12 часов постоянного света и 12 часов полной темноты, целых две недели подряд. Когда Лазопуло просмотрел первоначальный компьютерный анализ записей, он подумал, что неправильно закодировал компьютерную программу.
"На самом деле им не нравится синий свет. Они убегают от синего света", - сказал он. «Это был абсолютно неожиданный результат. Основываясь на всех предыдущих знаниях, мы не ожидали такого предпочтения зеленого цвета, избегания синего и таких устойчивых паттернов в этом поведении».
Но ни компьютерная программа, ни видео, ни его глаза не были испорчены. В течение дня мухи последовательно избегали синих зон, даже когда их корм помещался в одну из них. При таких обстоятельствах они совершали короткие вылазки в синюю зону, но только для того, чтобы поесть.
Наоборот, мухи начали занимать зеленые зоны примерно через два часа после того, как утром включили свет. К полудню их предпочтение зеленого цвета и их активность уменьшились, и около половины населения было разделено между зеленой и красной, или тусклой, зонами. Затем, примерно за час до выключения света, мухи вернулись в зеленые зоны, в более активное состояние. Позже, во время фазы выключения света, мухи случайным образом распределились по трем зонам, указывая, по словам исследователей, на то, что «свет необходим для создания наблюдаемой картины».
Лазопуло и Сайед, чья лаборатория изучает поведение плодовых мух, чтобы лучше понять предпочтения животных в отношении сна, ухода за собой и окраски, объяснили разрозненные результаты более ранних исследований улучшением методов долгосрочного отслеживания и различиями в дизайне эксперименты, особенно разница во времени и условиях, в которых мухи должны были выбирать свои цветовые предпочтения.
Прошлые исследователи, по словам Сайеда, проверяли цветовое предпочтение дрозофилы, выпуская мух на дно Т-образного флакона и давая им 30 секунд, чтобы решить, с какой стороны Т выйти - с зеленым светом и с другой с синим. Исследователи UM подозревают, что мухи выбрали синий цвет под принуждением, как «реакцию избегания вредного раздражителя».
Но теперь они знают, что на досуге и в более естественных условиях дрозофилы предпочитают зелень, например, листья фруктовых деревьев, на которые, к разочарованию многих фермеров, они любят откладывать яйца.
Посредством того, что Бейкер назвал «набором экспериментов», включавшим ряд генетических манипуляций, исследователи также обнаружили, что цветовое поведение плодовой мушки зависит не только от ее зрительной системы, как раньше. задокументировано, но и на светочувствительных клетках брюшка насекомого, которые чувствуют синий цвет. Их внутренние часы определяют решение оставаться в зеленом свете или выбрать тусклый свет в середине дня. Удалите гены часов, и плодовые мушки всегда останутся зелеными, никогда не переключаясь на тусклый свет в полдень.
Но даже без часов они по-прежнему избегают синего цвета благодаря тем клеткам брюшной полости, которые сигнализируют независимо от часовых генов.
Что это означает для людей, еще неизвестно. Но спустя 110 лет после того, как эмбриолог Томас Хант Морган начал разводить плодовых мушек, чтобы подтвердить, как наследуются генетические признаки, исследователи Университета Массачусетса показали, что еще многое предстоит узнать об этом обычном вредителе, который превратился в наиболее изученное и наиболее изученное животное на планете. В общей сложности 10 ученых получили шесть Нобелевских премий за новаторские биологические открытия с использованием плодовых мушек, чья генетическая и физиологическая структура намного проще, чем у человека, но очень похожа на них.
В 1933 году Морган получил первую Нобелевскую премию за открытие роли хромосом в наследственности; в 2017 году трое ученых получили последнюю награду за выделение генов циркадных часов, которые контролируют ритм повседневной жизни почти каждого организма - не только в мозгу, но и почти в каждой клетке тела.