Постоянная тьма заставила дрозофил считать себя гигантами

У плодовых мушкек Drosophila melanogaster представления о размере собственного тела формируются в первые два часа после выхода из куколки. При этом мухи руководствуются главным образом зрительной информацией, которую они получают, пока ходят. Если насекомое развивается в темноте, оно склонно переоценивать свои размеры, пишут ученые в Current Biology.

Для любого живого организма иметь представление о границах собственного тела необходимо для того, чтобы понимать, где он может перемещаться, кого ему следует опасаться (или кого можно игнорировать), какую добычу имеет смысл ловить. Учитывая, что строение и работа нервной системы Drosophila melanogaster неплохо изучены, на ней удобно исследовать процесс формирования образа тела. Мухи, как и другие насекомые, обладают жестким экзоскелетом, поэтому в зрелом возрасте их размер практически не меняется. Можно, поэтому, предположить, что дрозофилы формируют понятие о границах своего организма после выхода из куколки.

Исследователи из Майнцского университета во главе с Роландом Штрауссом (Roland Strauss) предположили, что мухи определяют размеры собственного тела в первую очередь на основе зрительной информации. Поэтому часть куколок дрозофил и мух, которые из них вылупились, они держали в темноте, часть насекомых переводили в темные помещения через три дня после выхода из куколок и пребывания в контейнерах с нормальным освещением, а части оставляли обычный световой режим со сменой дня и ночи. Образ тела некоторых мух сознательно старались нарушить, выпуская их на арену с круговым движением полосатых стенок.

То, насколько хорошо дрозофила осведомлена о своих габаритах, проверяли, ставя перед ней препятствие — углубление в дорожке — длиной чуть больше или чуть меньше ее самой. Мухи, которые правильно оценивали размеры тела, не пытались преодолеть яму крупнее их самих, так как в нее можно провалиться. Также авторы отслеживали активность белка dCREB и ряда других белков, необходимых для успешного запоминания информации, в протоцеребруме дрозофил — структуре их мозга, которая играет важную роль в обучении.

   
Оказалось, что правильное представление о собственных размерах у дрозофил действительно не формируется без достаточного количества зрительной информации, а образ тела складывается в первые два часа после выхода из куколки. Если в это время насекомое видит, куда идет, впоследствии оно правильно оценивает свои габариты, даже если затем его на несколько дней оставить в темноте. Дрозофилы, которые после вылупления не могли видеть собственные движения, имели тенденцию переоценивать свою длину и пытались преодолевать слишком широкие препятствия. Насекомые, которых после вылупления помещали на арену, считали себя короче, чем они есть на самом деле, из-за параллакса: искажению восприятия способствовало постоянное движение черных и белых полос.

Ученые подтвердили, что при формировании образа тела у Drosophila melanogaster повышается активность dCREB в ряде нейронов протоцеребрума. Также для запоминания оказались необходимы сигналы, переносчиком которых выступает циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). Интересно, что процессы, характерные для образования памятного следа, идут в соответствующих клетках первые два часа после обучения, но мухи уверенно демонстрируют верное знание собственных габаритов только спустя 12 часов. Почему это так и что происходит в течение десяти часов, когда мозг насекомого уже хранит информацию, но не может ей воспользоваться, пока непонятно.

Представление дрозофилы о собственных габаритах оказалось очень стойким. Даже когда мушек на три недели помещали в полную темноту, по прошествии этого срока они верно соотносили размер препятствия и собственную длину. Учитывая, что при оптимальной температуре (25 градусов Цельсия) от вылупления из яйца до гибели у Drosophila melanogaster проходит в среднем 50 дней (из них 8,5 дней приходится на развитие личинки), кажется вполне вероятным, что память об образе тела сохраняется у этой мухи на всю оставшуюся жизнь. Для сравнения, памятные следы о неприятных запахах живут в мозге дрозофил всего неделю.

Поскольку клеточные механизмы ольфакторного обучения мало чем отличаются от того, что наблюдается при формировании представлений о собственных габаритах, интересно узнать, почему одни воспоминания сохраняются существенно дольше других. Роланд Штраусс, главный автор исследования, отмечает, что в данном случае особенно интересно посмотреть на влияние эпигенетических факторов. Вероятно, они играют здесь большую роль, ограничивая или стимулируя работу тех или иных генов.