К списку статей

Когда окружающая среда вокруг плодовых мушек неожиданно меняется, серотонин, вырабатываемый в вентральном нервном канате, замедляет насекомое. Полученные данные пролили свет на нейробиологические механизмы человеческого испуга.

Исследование, проведенное Колумбийским университетом по изучению плодовых мух, выявило, что серотонин генерирует автоматический рефлекс «баран и новые ворота». Суть рефлекса в том, что организм на мгновение замирает в ответ на потенциальную угрозу. Новое исследование показывает, что, когда муха испытывает неожиданное изменение своего окружения, такое как внезапная вибрация, выделение серотонина помогает буквально заставить муху застыть на месте.

Эти результаты, опубликованные в Current Biology, предлагают широкое понимание биологии реакции испуга, повсеместного, но загадочного явления, которое наблюдалось практически у каждого животного, изученного до настоящего времени, от мухи до человека.

Представьте себе, что вы сидите в своей гостиной с семьей и вдруг – свет гаснет, или земля начнет дрожать. Ваша реакция и реакция членов вашей семьи будут одинаковыми: вы замрете, застынете, а затем переместитесь в безопасное место. В этом исследовании мы показываем на мухах, что быстрое высвобождение серотонина в нервной системе вызывает первоначальное застывание. И поскольку серотонин также существует у людей, эти результаты проливают свет на то, что может происходить, когда мы тоже внезапно пугаемся.

Ричард Манн, доктор философии, старший автор исследования.

В мозге серотонин наиболее тесно связан с регулированием настроения и эмоций. Но предыдущие исследования мух и позвоночных животных показали, что он также может повлиять на скорость движения животного. Первоначальная цель исследователей Колумбии состояла в том, чтобы понять, как именно химическое вещество вызывает это состояние.

Команда сначала проанализировала то, как плодовая муха движется на ножках, используя FlyWalker, аппарат, разработанный доктором Манном и колумбийским физиком Сабольчем Марком, для отслеживания шагов насекомого на специальном типе стекла. После мониторинга того, как мухи двигались, ученые манипулировали уровнями серотонина и дофамина в вентральном нервном канале мухи (VNC), который аналогичен спинному мозгу позвоночных.

Первоначальные результаты показали, что активирующие нейроны, которые производят серотонин в VNC, замедляют мух, в то время как полная неактивность этих же нейронов ускоряет мух. Дополнительные эксперименты показали, что уровень серотонина может влиять на скорость ходьбы насекомых в самых разных условиях, включая разницу температур, чувство голода мух или, когда насекомые идут вверх ногами. Насекомых протестировали во всех ситуациях, которые обычно влияют на скорость ходьбы.

Мы стали свидетелями ярких эффектов серотонина, когда мухи испытали на себе быстрые изменения в окружающей среде. Другими словами, они были буквально поражены.

Клэр Ховард, доктор философии, первый соавтор исследования.

Для дальнейшего исследования группа ученых разработала два сценария, чтобы выявить реакцию мух. Во-первых, они выключали свет: погрузив насекомых в неизвестность. Во-вторых, ученые моделировали землетрясение.

Чтобы достичь этого, ученые установили партнерские отношения с Таней Табачник, директором по передовым инструментам в Институте Цукермана в Колумбии. Команда механиков и инженеров Табачник работает с учеными над проектированием и созданием индивидуальных систем для исследований. Для этого исследования они создали миниатюрную арену размером с муху, расположенную на вершине особо вибрирующих двигателей. Регулировка силы двигателей производила желаемый эффект землетрясения. Когда исследователи подвергали мух сценариям либо отключения электроэнергии, либо землетрясения, они также манипулировали способностью мухи производить серотонин.

Мы обнаружили, что, когда муха поражена в этих сценариях, серотонин действует как аварийный тормоз; его высвобождение необходимо для того, чтобы организм застыл, в ответ на это, начинается резкий рост давления в обеих суставах ног животного. Это сокращение может вызвать короткую паузу при ходьбе, после которой насекомое начинает двигаться. Мы считаем, что эта пауза важна – она позволяет нервной системе мухи собрать информацию о внезапном изменении и решить, как она должна реагировать.

Ховард Манн, профессор биохимии и молекулярной биофизики.

Интересен факт разницы в реакции на стресс. Хотя реакция мухи в обоих сценариях должна вызвать немедленную паузу, последующая скорость ходьбы мух значительно различались.

В сценарии отключения электроэнергии, походка мухи была медленной и осторожной. Но землетрясение заставило мух идти быстрее после начальной паузы.

Ховард Манн, профессор биохимии и молекулярной биофизики.

В то время как эти результаты являются специфическими для плодовых мух, повсеместное распространение серотонина и реакция на испуг дают информацию о химических и молекулярных процессах, которые происходят, когда более сложные животные, включая людей, попадают в стрессовую ситуацию.

В дальнейшем исследователи надеются продолжить изучение роли серотонина в движении, а также других факторов, которые могут быть задействованы в этом процессе.

Наши результаты показывают, что серотонин обладает потенциалом взаимодействия со многими различными типами нервных клеток в нервной системе мухи, такими как те, которые управляют движением и обрабатывают сенсорную информацию. Поскольку мы и другие ученые продолжаем исследовать эту сферу, мы надеемся разработать подробный, молекулярный проект для отслеживания движений, который может широко применяться к другим животным, возможно, даже людям.

Ховард Манн, профессор биохимии и молекулярной биофизики.

Источник: neurosciencenews.com