Drosophila melanogaster: сложная обработка световых сигналов для распознавания движения.

Мухи: с помощью каких механизмов двигаются в пространстве эти насекомые, успешно уклоняясь от опасностей? В результате обработки световых сигналов в мозге ими определяется направление движения, и совершается этот процесс быстро и точно. Ученые института нейробиологии Макса Планка объединили две, считающиеся альтернативными, модели в теорию, описывающую то, как же именно нервные клетки из сигналов проходящего через расположенные друг за другом структуры глаз мухи света вычисляют направление для ее движения.

Коротко о структуре глаза дрозофилы:

Глаз плодовой мушки являет собой сложный орган, состоящий из структурных единиц - омматидий. В состав сложного фасеточного глаза размером 400 мкм входит около 800 омматидиев. Фоторецепторная структура омматидиев представлена в виде 8-ми светочувствительных клеток (фоторецепторы). На каждом из таких фоторецепторов находится рабдомер (образование плазматической мембраны, отвечающее за световосприятие и генерацию нервного импульса; каждый рабдомер состоит из огромного числа микроворсинок, которые заполнены зрительным пигментом). Рабдомеры наружных фоторецепторов (их обозначают как R 1-6) содержат белок родопсин (Rh1), проникают на всю толщу сетчатки и обеспечивают формирование зрительного изображения. R 1-6 переключаются в Lamina cartridge на клетках нейроомматидий (функциональная единица Lamina cartridge образована 5-ю монополярными клетками, 1-2 амакриновыми клетками, 3-мя медуллярными нейронами и 3-мя глиальными клетками). Между наружными слоями рабдомеров расположены R7 и R8 (центральные фоторецепторы). В данном слое выделяют 2 типа омматидиев:

1. Бледный тип: УФ-чувствительные R7-клетки (Rh3) и чувствительные в синем диапазоне клетки R8 (Rh5)

2. Желтый тип: чувствительные к УФ-излучению клетки R7 (экспрессируют Rh4) и поглощающие в зеленой части спектра клетки R8 (Rh6)

Помимо этого, существует дополнительный класс омматидиев, чувствительных к поляризованному свету (расположены вдоль дорсального края глаза).

Также глаз дрозофилы включает в себя такой особый кластер фоторецепторов, как Hofbauer-Buchner eyelets, которые располагаются между сетчаткой и Lamina cartridge и обеспечивают особый путь фототрансдукции и, по-видимому, играют важную роль в циркадных ритмах мух.

Кроме невероятно сложно устроенной зрительной функции, глаз мушки дрозофилы обладает еще и осязательной способностью, что обеспечивается наличием механочувствительных щетинок, расположенных по вершинам омматидиев и выдающихся над поверхностью глаза.

Многие десятилетия исследователи пытаются понять, как мозг мух так ловко воспринимает поступающие сигналы, обрабатывает и моделирует движения дрозофил, ведь их уклонение от, скажем, предмета или руки человека распланировано еще до наступления угрожающего момента. И вот мы подбираемся к сути исследования.

Какие же были две модели представления о способе получения мухами информации о траектории движения: первая теория состояла в том, что световое раздражение при движении в конкретном направлении противоположно усиливается; другая модель, напротив, придерживалась утверждения, что световое раздражение в противоположном направлении взаимно подавляется, то есть возникает слабый, селективно зависящий от движения сигнал, который должен быть еще дополнительно переработан и усилен. Однако, учеными была обнаружена ярко выраженная избирательность направления уже в самых первых клетках, реагирующих на движения (обозначаются T3 и Т4), что противоречит обеим теориям.

В ходе эксперимента, включающего последовательную стимуляцию функциональных областей мозга дрозофилы и запись ответа специфичных Т4-клеток, было установлено, что Т4-клетки усиливают исходный сигнал, если он проходит совместно с главным целенаправленным движением и подавляют сигнал, если он проходит соответственно противоположному направлению. Таким образом, реальный механизм различения движений мухами, похоже, сочетает в себе оба существовавших предположения.

Однако, и Т4-клетки получают первичный сигнал от других клеток, часть которых совсем не изучена и, возможно, их роль расширит представления о путях передачи такого рода сигналов.

На видео: работа всей ЦНС мухи дрозофилы; активация нейронов дрозофилы в момент движения в разные стороны.

https://youtu.be/jgoToB5o2jA

Источники: vk.cc/5BAmXT

Источник: vk.com

Комментарии: