В мозгу голодных червей исследователи находят подсказки о том, как они охотятся
Ищу жратву не в том месте
C. elegans питаются бактериями. А когда их окружение кишит съедобными микробами, им не нужно много двигаться, чтобы оставаться сытыми.
Но когда доступность еды уменьшается, черви начинают немного шевелиться. Во-первых, они тщательно обыскивают место, где в последний раз встречались с пропитанием, обходя небольшой регион в течение 10-20 минут. Однако со временем черви расширяют периметр поиска – стратегия, которая напоминает некоторые аспекты человеческого поведения и, возможно, связана с ними.
«Если вы потеряете ключи, вы сначала выполните поиск на месте: в кошельке, затем в пальто и в других близлежащих местах. И вы делаете это неоднократно », – говорит Кори Баргманн, Torsten N. Визель профессор. «Но если это не сработает, в какой-то момент вы начнете поиск в более широкой области.»
Переход от локального поиска к глобальному наблюдался у голодных насекомых, рептилий, рыб и млекопитающих, что позволяет предположить, что это может представлять собой консервативную стратегию поиска пищи. Обладая уникально маленькой и хорошо охарактеризованной нервной системой, C. elegans предоставила Баргманн и ее коллегам удобные инструменты для изучения основных механизмов мозга, управляющих этим поведением.
Поедание микробов
Чтобы идентифицировать клеточные компоненты, участвующие в локальном поиске, биомедик Алехандро Лопес-Крус сначала проанализировал гены C. elegans мутанты, которые не смогли произвести такое поведение – черви, которые пропустили всю «локальную» фазу и сразу перешли к глобальному поиску.
Он обнаружил, что эти животные имеют дефектную форму белка, известного как MGL-1, рецептора нейрохимического глутамата. Дополнительные эксперименты показали, что рецепторы MGL-1 обнаруживаются на двух C. elegans нейроны, участвующие в обнаружении пищи: нейроны, называемые AIA, получают данные от хемосенсорных клеток, чувствительных к запахам пищи; и другой, называемый ADE, который связан с механосенсорными клетками, реагирующими на текстуру пищи.
Исследователи обнаружили, что механосенсорные нейроны и ADE физически не связаны с хемосенсорными нейронами и AIA, что позволяет предположить, что реакция на запах и прикосновение функционирует независимо. Подтверждая эти выводы, исследователи показали, что животные, использующие только одну сенсорную систему, могут эффективно обнаруживать изъятие пищи и реагировать на нее.
«Если вы выберете глутамат из хемосенсорных и механосенсорных клеток, вы потеряете поведение.
Но если вы выбиваете только одного, животные реагируют нормально », – говорит Лопес-Крус. «Это говорит нам о том, что существует два параллельных и дублирующих способа обнаружения пищевых продуктов.»
«В этом есть смысл, – добавляет Баргманн, – потому что еда, вероятно, слишком важна для выживания, чтобы представить ее в единственной форме.»
Памятные блюда
Изучая долговечность локального поиска, исследователи обнаружили, что при стимуляции механосенсорных или хемосенсорных нейронов они воздействуют на рецепторы MGL-1, изменяя активность клеток ADE или AIA в течение нескольких минут. Эта клеточная модификация, в свою очередь, запускает другие нейроны, отвечающие за локальный поиск.
Вкратце: когда пропадает еда, активность мозга червя изменяется в течение длительного периода времени, что приводит к длительному периоду поиска. Этот процесс, по словам Лопес-Крус, похоже, представляет собой формирование памяти, связанной с изменениями в доступности пищи.
«Когда мы убираем пищу у червя, мы, по сути, даем ему стимул к удалению пищи. Следующее изменение поведения длится дольше этого стимула на пятнадцать минут, что согласуется с кратковременной памятью », – говорит он.
По словам Баргманна, переход от локального поиска к глобальному, похоже, отражает процесс забывания.
«Память червя определяет период локального поиска», – говорит она. «И когда оно забывает, животное переходит к дальнейшим исследованиям.»
