Летающий шарик: дрозофилы могут учиться, играя с крошечными шариками

Вот уже более ста лет дрозофила является «рабочей лошадкой» биологических наук, помогая ученым совершать фундаментальные открытия в таких областях, как генетика и нейробиология. Оказывается, не только люди учатся в ходе этих экспериментов. Недавнее исследование гарвардских нейробиологов, опубликованное в Current Biology, показывает, что дрозофилы и сами кое-что усваивают - в данном случае то, как манипулировать шариками с помощью «игровых» экспериментов.

«Плодовые мушки, вероятно, гораздо умнее, чем мы думали, - говорит Кеничи Ивасаки (Kenichi Iwasaki), постдокторант Института Роуленда и ведущий автор исследования. - Большинство из нас не подозревало, что плодовые мушки обладают интеллектуальными или физическими способностями манипулировать предметами. Есть несколько явных признаков того, что они способны к обучению».

Новое исследование стало продолжением предыдущих, которые показали, что ученые могут управлять движениями плодовых мушек, словно «живыми микророботами». В более раннем исследовании, опубликованном в прошлом году в Proceedings of the National Academy of Sciences, команда продемонстрировала, как они заставили Drosophila melanogaster пройти по маршруту, на котором было написано «HELLO WORLD», и пройти лабиринт. Затем ученые задались другим вопросом: можно ли направить мух к незнакомым объектам и посмотреть, как они будут взаимодействовать с ними?

«Мы просто развлекались, пытаясь заставить мух сделать что-нибудь эдакое, — говорит Александр Райшубский (Aleksandr Rayshubskiy), старший автор двух исследований, который руководил ими в качестве научного сотрудника Института Роуленда. - Но в итоге мы поняли, что если направлять мух к шарику, то возникает интересное поведение, которого раньше никто не наблюдал, потому что никто не использовал такой способ управления».

В природе мухи не ищут объекты, которые не несут для них очевидной выгоды в виде привлекательного вкуса или запаха. Но исследователи разработали хитрый метод, позволяющий направлять мух, используя их "зрительно-моторную реакцию".

Когда муха видит движущийся визуальный стимул, она рефлекторно следует за ним в том же направлении. Ученые спроецировали на муху вращающийся «вертолет» из чередующихся синих и черных полос. Когда «вертолет» вращался по часовой стрелке, муха поворачивала направо, а когда против часовой стрелки - налево. Райшубский назвал этот метод «рулем в голове мухи».

«Они обладают многими функциями, которые вы хотели бы видеть в роботе, — сказал он. — Они могут ходить, летать и искать еду. И их легко сделать».

Более того, дрозофилу активно изучали с начала 1900-х годов, поэтому у исследователей были подробные знания о ее биологии, в том числе полный геном и схема строения мозга. Таким образом, они могли наблюдать за тем, как нервная система мухи реагирует на новый объект — в данном случае на мини-мяч для фитнеса, который был почти в два раза шире и в 10 раз тяжелее самой мухи.

Поначалу мухи не проявляли особого интереса, но после нескольких повторений, похоже, решили поиграть в мяч.

«Мухи начали довольно агрессивно хватать шарик и манипулировать им с такой ловкостью, о которой раньше не было известно, — говорит Ивасаки. — Оказывается, мухи любят хватать пластиковый шарик передними лапками и «бросать» его всем телом».

К своему удивлению, ученые увидели, что мухи выполняют и другие акробатические трюки, например запрыгивают на шарики и спрыгивают с них. Они обнаружили, что мухи выполняют пять поведенческих «мотивов», таких как «прогулка по шарику», когда они катают шарики, передвигаясь по ним или вдоль их поверхности. В общей сложности исследователи наблюдали за почти 30 000 взаимодействий с шариками со стороны 48 самцов мух.

«Мухи не просто манипулировали шариком: перемещая его, они узнавали что-то важное об этом предмете, - говорит Ивасаки. - На самом деле мухи изучали физические свойства шарика и меняли свое поведение по отношению к нему».

Со временем мухи стали отдавать явное предпочтение неподвижным шарикам перед подвижными - очевидно, потому что для них важна стабильность.

«Снова и снова мы наблюдали одно и то же: мухи предпочитали неподвижный шарик», - сказал Райшубский. Он назвал это «яркой демонстрацией принципа «обучение через действие» в минимальной нервной системе».

Затем ученые попытались выяснить, какие участки мозга мухи отвечают за такое поведение. Они обнаружили тип нейронов под названием H-Delta в «центральном комплексе» мозга мухи. Когда исследователи отключили эти нейроны, усвоенные предпочтения значительно ослабли.

Это исследование стало первым, в котором было зафиксировано подобное поведение у хорошо изученных модельных организмов - буквально обучение на лету.

Как пишут авторы, «даже мозг мелких насекомых способен к структурированному обучению и адаптивному исследованию».

«Это исследование может изменить представление людей о том, насколько умны плодовые мушки, - говорит Ивасаки. - Некоторые считают, что плодовые мушки не такие «умные», как другие животные. Но если они посмотрят видео и увидят, насколько динамичны их взаимодействия, это может изменить их представление о том, на что на самом деле способны эти маленькие насекомые».

Источники:

Kenichi Iwasaki et al, Drosophila learn to prefer immobile spherical objects through repeated physical interaction, Current Biology (2025). DOI: 10.1016/j.cub.2025.09.073

https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(25)01304-1?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0960982225013041%3Fshowall%3Dtrue

https://phys.org/news/2026-04-fly-ball-drosophila-playing-tiny.html

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: phys.org

Комментарии: