Плодовые мухи используют внутренний биокомпас, чтобы ориентироваться по солнцу
Плодовые мухи, также известные как дрозофилы, являются одним из модельных организмов. На их примере очень удобно изучать вопросы, касающиеся здоровья человека, поскольку более 70% генов, вызывающих заболевания у людей, имеют и эти насекомые.
Однако существует ещё одна черта, которая роднит дрозофил с людьми, в частности, как это ни странно, с древними мореплавателями.
Учёные из Калифорнийского технологического института выяснили, что плодовые мухи обладают способностью ориентироваться в пространстве, используя в качестве ориентира солнце.
Известно, что дрозофилы совершают перелёты на дальние расстояния: за одну ночь крохотное насекомое может преодолеть в поисках пищи более 14 километров. Но для того, чтобы не сбиться с курса, у этих мух должен быть какой-то ориентир, рассуждают исследователи.
Чтобы раскрыть навигационный секрет насекомых, они использовали "имитатор полёта" – своего рода виртуальную реальность для мух. Подопытных зафиксировали на одном месте, однако они могли совершать движения крыльями в ответ на зрительные стимулы.
Специалисты обнаружили, что плодовые мухи реагируют на искусственное "солнце", роль которого сыграл светодиод. Когда он зажигался, насекомые фиксировали его в поле зрения и пытались отправиться в путь под определённым углом.
Когда же источник света выключали, дрозофилы теряли ориентир и сбивались с курса. Однако, когда "солнце" вновь загоралось, насекомые возвращались к выбранному маршруту.
Авторы работы уточняют, что мухам удавалось вспомнить прежний ориентир, даже когда "полёт вслепую" длился более двух часов.
Любопытно, что каждая из подопытных мух выбирала свой собственный курс относительно "светила". Получается, если бы дрозофилы находились в естественных условиях, они бы летели не роем, а в различных направлениях, поясняют исследователи.
"Было немного удивительно обнаружить, что те же надоедливые мухи, которые летают вокруг чаш с фруктами и бокалов, могут передвигаться на многие мили, используя солнце", — добавляет Майкл Дикинсон (Michael Dickinson), руководитель лаборатории, в которой велась работа.
На втором этапе учёные решили больше узнать о самом навигационном механизме дрозофил. Они модифицировали нейроны в их мозге таким образом, чтобы те светились на пиках активности. Затем на головах мух делали крошечные надрезы и при помощи мощных микроскопов наблюдали за активностью клеток мозга.
Оказалось, у дрозофил есть группа нейронов, работающих как встроенный биокомпас. Они "загорались", когда насекомые в симуляторе видели световой сигнал и пытались лететь по выбранному курсу.
Когда же специалисты при помощи генетических методов подавили активность этих нейронов, мухи потеряли способность выстраивать маршрут. Вместо этого их поведение стало более примитивным: они, словно мотыльки, летели прямо на свет.
Вероятно, такой навигационный механизм существует у дрозофил уже миллионы лет, и это очень древний "инструмент", помогающий в выживании, отмечают эксперты. А судя по тому, что анатомически и "архитектурно" мозг дрозофил очень схож с мозгом многих других насекомых, вероятно, последующие работы помогут лучше изучить и их систему ориентации в пространстве.
В частности, учёных интересуют навыки сезонно мигрирующих насекомых, например, бабочек-монархов, которые находятся под угрозой вымирания, или саранчи, набеги которой вредят сельскому хозяйству.
Также исследователи хотят более подробно изучить внутренний биокомпас дрозофил. Нейроны, которые отвечают за навигацию, по-видимому, являются частью сложной системы, раз мухи могут хранить в памяти ориентиры и возвращаться к выбранному курсу, рассуждают авторы работы. Они намерены выяснить, как могут меняться такие механизмы у генетически идентичных мух, содержащихся в различных условиях, зависят ли они от времени суток и влияют ли на поведенческие различия.
Научная статья по итогам увлекательного исследования была опубликована в издании Current Biology.
Кстати, ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о других открытиях, связанных с дрозофилами. Учёные раскрыли секрет устойчивости этих мух к опасным патогенам, узнали, от чего зависит их генетическое разнообразие, а также на примере дрозофил опровергли одну из классических теорий эволюции.
Также выяснилось, что самцы плодовых мух подобно мужчинам наслаждаются эякуляцией, а не получив удовольствия, тянутся к алкоголю.