Ветер повернул стрелку внутреннего компаса дрозофил

Tatsuo Okubo, Paola Patella, Isabel D’Alessandro & Rachel Wilson / Neuron, 2020

Нейробиологи выяснили, что внутренний компас дрозофил учитывает направление ветра: когда воздушный поток перемещается, условная стрелка компаса сдвигается, как будто муха повернулась в противоположную сторону. Направление ветра по смещению двух антенн насекомого вычисляют нейроны типа R, а затем передают информацию клеткам компаса — там она интегрируется со зрительными сигналами. Статья опубликована в журнале Neuron.

Чтобы вернуться домой по кратчайшей прямой, необходимо иметь внутренний компас. У насекомых, например, роль компаса выполняет центральный комплекс мозга, а у дрозофил внутри этой структуры есть кольцо нейронов E-PG — его активность кодирует угловое положение мухи.

Чтобы внутренний компас работал эффективно, его необходимо сверять с внешними ориентирами. Очевидным примером такой опорной точки является солнце, но оно может быть скрыто за облаками и не позволяет ориентироваться ночью. Поэтому животные при навигации обычно используют несколько ориентиров, в том числе ветер. Если направление ветра постоянное, то он может помочь не сбиться с курса — нужно лишь поддерживать определенный угол к воздушным потокам.

Нейробиологи из Гарвардской медицинской школы под руководством Рэйчел Уилсон (Rachel Wilson) проверяли, сверяют ли дрозофилы свой компас с направлением ветра. Для начала с помощью кальциевой визуализации записывали активность нейронов компаса у зафиксированных мух, которых обдували то слева, то справа.

До включения потока воздуха точка активности нейронов E-PG «бегала» по кольцу, а когда дрозофилу обдувал ветер, возбуждение концентрировалось в определенной точке кольца, как стрелка компаса. Когда направление потока воздуха менялось, точка активности перескакивала в другую область, а при выключении ветра снова начинала двигаться. Секторы кольца нейронов E-PG, которые соответствовали определенному направлению ветра, были постоянными у отдельных особей, но отличались у разных мух.

Затем исследователи обдували дрозофил воздухом через 12 трубок, расположенных с разных сторон. Оказалось, что зависимость направления стрелки компаса — точки возбуждения нейронов E-PG — от направления ветра описывается линейной моделью: изменение направление потока воздуха на десять градусов приводит к перемещению точки возбуждения на кольце нейронов на те же десять градусов.

Выключая различные клетки мозга дрозофил, ученые выяснили, что сигналы о направлении ветра приходят на нейроны E-PG от двух подгрупп нейронов R (другие типы R-нейронов передают компасу информацию о зрительных ориентирах), чьи аксоны проходят по кругу и иннервируют все кольцо E-PG. Поток воздуха с определенной стороны вызывал активацию R-нейронов противоположной стороны мозга и торможение нейронов ближайшей стороны. Исследователи предположили, что R-клетки регулируют положение стрелки компаса за счет разных синаптических весов: синапсы разных R-нейронов сильно влияют на одни клетки кольца и слабее — на другие.

Сигнал на R-нейроны, в свою очередь, приходит от антенн — в зависимости от направления и силы ветра те отклоняются в разные стороны, и каждый из R-нейронов реагирует на смещение обеих антенн определенным образом, затем информация интегрируется на E-PG нейронах (в том числе и со зрительными ориентирами), и мозг получает представление о положении тела мухи в пространстве.

Исследователи отметили, что ориентацию по ветру насекомые могут использовать только во время ходьбы, а при полете вычислять направление воздушного потока можно лишь по косвенным (например, зрительным) признакам. Тем не менее интеграция информации от нескольких сенсорных модальностей в одном компасе позволяет ориентироваться в пространстве в условиях, когда отдельные ориентиры недоступны.

У дрозофил есть и более привычный нам магнитный компас. Эти насекомые умеют ориентироваться по магнитному полю, а исследователи из Китая обнаружили у них магниточувствительный белок.

Алиса Бахарева