Исследователи из Вашингтонского университета изучали, как серотонин изменяет обоняние саранчи. Источник: Raman lab
Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе провели большую часть десятилетия, изучая тонкости обоняния саранчи, включая то, как запахи влияют на поведение насекомого.
В исследовании, недавно опубликованном в eLifeБарани Раман, профессор биомедицинской инженерии в Инженерной школе МакКелви, начинает выяснять, как изменяются обонятельные цепи, вызывая различное поведение саранчи. Нейромодулятор серотонин является ключевым фактором в этом поведении, в том числе в том, как саранча может перейти от «одиночки» к «стайности» — иначе известной как фаза роения.
«Один и тот же организм может существовать в двух разных формах. состояния — один деструктивен, а другой застенчив и замкнут», — сказал Раман.
Раман и доктор философии. Студентка Елизавета Бессонова хотела изучить, как серотонин влияет на часть нейронной цепи в мозгу саранчи, которая воспринимает обонятельные сигналы и управляет соответствующими поведенческими реакциями. Чем больше исследователи поймут, как обрабатываются сенсорные сигналы, тем легче будет контролировать и предотвращать нашествие саранчи.
С инженерной точки зрения, понимание этой биологической системы может вдохновить на решения для обнаружения запахов в опасных и токсичных средах.
Чтобы понять, как один и тот же запах может вызывать разное поведение, представьте, как запах свежеиспеченного печенья может заставить человека отправиться на кухню, когда он голоден. Но после употребления нескольких печений этот же запах может быть проигнорирован или даже вызвать отвращение, сказал Раман.
В обоих случаях один и тот же сенсорный стимул, запах печенья, вызывает разные поведенческие реакции в зависимости от того, голодна она или сыта.
При моделировании этого же механизма у саранчи они не могут точно спросить ее, голодна ли она, поэтому исследователи ищут аппетитную реакцию (представьте себе слюноотделение у собак), при которой сенсорные придатки около рта саранчи открываются.
«Это скорее подготовительная реакция, которая происходит перед тем, как саранча схватит и съест свою травинку», — сказала Бессонова.
Они обнаружили, что увеличение серотонина изменило амплитуду нейронных реакций, но время реакции не изменилось. Увеличение нейронной реакции, которое они наблюдали на все запахи, противоречило специфике, которую они наблюдали в поведенческих реакциях на тот же набор запахов.
Чтобы решить эту проблему, они придумали простую вычислительную модель. Модель по сути разделила нейроны на две подгруппы: одну для увеличения поведенческого выхода и другую для уменьшения того же поведения.
С помощью этой модели они смогли объяснить, как нервная реакция насекомого усиливает поведенческую реакцию на запахи, связанные с пищей, и продолжает игнорировать непищевые запахи при инъекции серотонина.
«Это дало нам представление о том, как нейромодулятор может глобально влиять на нервную цепь и при этом вызывать результат поведения, специфичный для запаха», — сказал Раман.
Текущая группа саранчи, с которой они работали, относится к «стайному» типу, — сказал Раман.
>
Следующим шагом в исследовании станет понимание того, как одиночные виды саранчи реагируют на подобную нейромодуляцию. Они увидят, как одиночки реагируют на обонятельные сигналы и как серотонин влияет на эти нейронные цепи, когда саранча переходит от интроверта к экстраверту и обратно.
Подробнее: Елизавета Бессонова и др., Серотонинергическое усиление нервных реакций, вызываемых запахом, влияет на гибкие поведенческие результаты, eLife (2024). DOI: 10.7554/eLife.91890.3
Информация журнала: eLife
Предоставлено Вашингтонским университетом в Сент-Луисе
