Вчені створили мух, які зупиняються на червоне світло

Окремими рухами тварин керують конкретні нейрони. Те саме можна сказати про припинення дій, без якого неможливі переміщення у просторі, харчування та виживання. Автори нової статті в журналі Nature використовували оптогенетику (технологію управління клітинами за допомогою світла), щоб виявити «нейронні структури завмирання» у плодової мушки дрозофіли. Виявилося, комаха використовує два несхожі механізми зупинки. Один автори порівняли із відпусканням педалі газу, інший — із натисканням на гальмо.

За складні та різноманітні рухи відповідають особливі нейронні структури тварин, які розташовані в мозку та за його межами. Початок та продовження дій забезпечують особливі групи пов’язаних між собою нервових клітин. Однак не менш важлива зупинка рухів, яка робить поведінку керованим та адекватним змінам у навколишньому середовищі. Проте про нейрональні механізми гальмування вченим поки що відомо не так багато.

Автори статті у провідному науковому журналі Nature з’ясували, як влаштовано моторне гальмування у плодової мушки дрозофіли Drosophila melanogaster – одного з ключових об’єктів досліджень у біології. Незважаючи на очевидні відмінності в нервовій системі мухи та людини (як і інших хребетних), комаха має схожі механізми регуляції моторики та нейронні зв’язки.

Раніше ті ж вчені — колектив із США та Великобританії — змогли дізнатися, які нейрони дрозофіли відповідають за повзання вперед, ходу задом наперед та розворот тіла. Тепер вони звернулися до механізмів припинення руху, використовуючи генетичний скринінг виявлення пов’язаних із ним нейронів.

Вченим також допомогла оптогенетика – технологія управління клітинами за допомогою світлочутливих молекул. За допомогою червоного світла біологи вибірково вимикали необхідні нейрони, через що мухи застигали на місці. Для цього стала в нагоді модель коннектома дрозофіли, тобто сукупності всіх контактів між нервовими клітинами.

Виявлено три окремі групи нейронів, необхідних припинення активності, їх назвали Foxglove, Bluebell і Brake. Групи відрізняють механізми дії та мішені, тобто інші нервові клітини, якими вони керують. Усі три не пов’язані безпосередньо та можуть працювати альтернативно, залежно від ситуації. Так, нейрони груп Foxglove та Bluebell потрібні комахі, щоб припинити ходьбу та розворот тіла (наприклад при пошуку їжі та її поїданні). Нейрони Brake зупиняють будь-яку рухову активність, а також мають особливе значення для грумінгу, тобто вмивання мух лапками.

Принцип роботи перших двох груп схожий на відпускання педалі газу: вони специфічно «вимикають» нейрони, що беруть участь у русі, за рахунок гальмівного нейромедіатора — гамма-аміномасляної кислоти (ГАМК). Клітини Brake (англійською «гальмо») активно переривають будь-який рух мухи, активуючись медіатором-ацетилхоліном і пригнічуючи інші нейрони. Комаха при цьому завмирає на місці, але зберігає стабільне положення тіла.