Související článek z výzkumu Ko KI, Root CM, Lindsay SA, Zaninovich OA, Shepherd AK, Wasserman SA, Kim SM, Wang JW. 2015. Hladovění podporuje soustředěnou modulaci apetitivního čichového chování prostřednictvím paralelních neuromodulačních obvodů. eLife4: e08298. doi: 10.7554 / eLife.08298
Image Hunger mění způsob, jakým čichový systém mouchy zpracovává pachy potravin
Běžný výraz by nás přiměl věřit, že „s medem můžete chytit více much než s octem“. To však není pravda v případě ovocné mušky Drosophila melanogaster (xkcd, 2007). Dospělé mouchy shánějí mikroby na přezrálém ovoci a spoléhají na svůj čich, aby detekovaly kyselinu octovou (chemická látka, která dodává octu štiplavou vůni), která se hromadí při fermentaci ovoce. Mouchy však mají tendenci ignorovat nebo se dokonce vyhýbat jak nízkému obsahu octa (což naznačuje, že ovoce není dostatečně zralé), tak vysokému obsahu octa (což naznačuje, že ovoce může být shnilé).
Nyní, v eLife Jing Wang a spolupracovníci na Kalifornské univerzitě v San Diegu – včetně Kang Ko jako prvního autora – elegantně odhalí, co se děje v mozcích „mozku“, což jim umožňuje sledovat hladovou koncentraci octového pachu (Ko et al., 2015). Jejich data také ukazují, že hladovění má na časné zpracování čichových informací nuancovanější vliv, než se dříve očekávalo: hlad neznamená jen vyladit citlivost much na pachy potravin. Místo toho spouští specifické reakce (excitační i inhibiční), které povzbuzují mušky, aby se sháněly na neoptimálních zdrojích potravy. Přitom Ko a kol. případně poskytnout další důkazy na podporu představy, že není moudré nakupovat v potravinách na lačný žaludek, jinak by signály hladu mohly narušit vaši schopnost rozlišovat mezi dobrým jídlem a špatným.
Práce Ko et al. je vyvrcholením řady studií, které se zabývaly tím, jak Drosophila zpracovává informace o tomto důležitém pachu potravy. U ovocných mušek, podobně jako u lidí a jiných obratlovců, se čichové neurony, které detekují specifické těkavé chemikálie, spojují do samostatných shluků synapsí uvnitř mozek zvaný glomeruli. Čichové neurony, které detekují stejnou chemickou látku, se všechny připojují ke stejnému glomerulu. V závislosti na koncentraci aktivuje ocetový zápach 6 až 8 z přibližně 40 glomerulů v mozku ovocných mušek. Předchozí studie Wang Skupina odhalila, že aktivita jediného čichového glomerulu, označovaného jako DM1, může vysvětlit většinu přitažlivosti mušky k octě (Semmelhack a Wang, 2009). Vypnutí receptorů, které se připojují k DM1, způsobilo, že mouchy ignorovaly pach octa. Na druhou stranu stačilo obnovit pouze aktivitu neuronů DM1 u jinak „anosmických“ mušek (tj. Mušek, které ztratily téměř veškerý čich), aby byly znovu přitahovány k octě.
Vyšší koncentrace octa získávají pouze jeden extra glomerulus, nazývaný DM5, a aktivita samotného DM5 může vysvětlit, proč se mušky octě vyhýbají, pokud je vůně příliš silná (Semmelhack a Wang, 2009). Konkurenční interakce mezi DM1 a DM5 (které se aktivují při různých koncentracích pachu octa) tedy může nakonec určit, zda se moucha rozhodne oslovit potenciální zdroj potravy nebo zůstat stranou.
Hlad má zásadní dopad na chování zvířat a hladové mouchy najdou malou kapku octem přichyceného jídla mnohem rychleji než mouchy, které byly krmeny (Root et al., 2011). Tento účinek nepřímo zprostředkovává hormonální inzulín. Hladovění způsobí pokles hladiny inzulínu, což spustí řetězec událostí, které nakonec způsobí, že čichové neurony DM1 zvýší expresi specifického receptorového proteinu. Tento receptor detekuje signální molekulu nazvanou „krátký neuropeptid F“. Po navázání na receptor tento neuropeptid účinně zesiluje nebo zvyšuje „zisk“ aktivity DM1. Vzhledem k tomu, že neurony DM1 řídí přitažlivost ovocné mušky k octě, zdálo se, že toto zjištění elegantně vysvětluje, jak může signalizace inzulínu vést hladové mušky k širšímu hledání potravy.
Nyní se ukazuje, že to není celý příběh . Rozšířením rozsahu testovaných koncentrací pachů nyní Ko et al. Zjistili, že tento mechanismus pouze vysvětluje, jak hladové mušky zvyšují jejich přitažlivost k nízkým koncentracím pachu octa. Při vyšších koncentracích hladovějící mouchy stále sledují vinnou stravu silněji než krmené kontroly, dokonce když je snížena signalizace zprostředkovaná krátkým neuropeptidem F (Ko et al., 2015). Mohl by tento rozdíl vysvětlit další neuropeptid? Při hledání tohoto chybějícího signálu hladu Ko et al. zkoumal jiné receptorové proteiny a hledal ty, které byly zvýšeny v senzorických neuronech v důsledku hladovění.Tachykininový receptor (zkráceně DTKR) se ukázal jako silný kandidát, zejména proto, že bylo známo, že dokáže vyladit reakce čichových neuronů mouchy (Ignell et al., 2009).
Zbytek příběhu Ko et al. Krásně sleduje logický scénář: srazení úrovní DTKR skutečně snížilo chování při hledání potravy u hladových mušek vystavených vysoké, ale ne nízké koncentraci pachu octa. Podobně DM5 (glomerulus odpovědný za zamezení vysoké hladiny octa) byl méně aktivní u hladovějících much, ale jeho aktivita mohla být přivedena zpět na aktivitu krmené mouchy, když byl DTKR sražen. Nakonec Ko a kol. identifikovali inzulin jako pravděpodobný signál, který působí upstream od DTKR u hladovějících much.
Souhrnně údaje naznačují model, ve kterém klesající hladiny inzulínu u hladovějících much spouštějí dva doplňkové neuropeptidové signální systémy zahrnující krátký neuropeptid F a tachykinin . Jeden pomáhá při přenosu signálů na DM1 glomerulus, díky čemuž jsou mouchy citlivější na atraktivní pachy potravin. Souběžně druhá potlačuje přenos na DM5, což snižuje pravděpodobnost, že se mušky vyhnou normálně nepříjemným nebo averzním pachům. Společně tyto systémy umožňují muchám v době nedostatku sledovat méně než optimální zdroje potravy (obrázek 1).
Ocet (nebo kyselina octová) je konečným produktem fermentačního procesu v ovoci, a proto jsou ovocné mušky přitahovány k octovému zápachu. Nízká i vysoká koncentrace octového zápachu však zanechávají mouchy lhostejné (vlevo). Je to proto, že nízké koncentrace naznačují, že ovoce je právě zralé (zelený banán), zatímco vysoké koncentrace znamenají, že je shnilé (hnědý banán). Hladové mouchy se chovají odlišně, protože nízká hladina inzulínu způsobená hladem spouští dva odlišné neuropeptidové signální systémy, které přetvářejí jejich čichové odpovědi (vpravo). U hladových mušek je receptor pro krátký neuropeptid F (nazývaný sNPFR) regulován v podskupině čichových neuronů. To pomáhá přenosu signálů v DM1 glomerulu, což zvyšuje citlivost na nízké koncentrace atraktivních pachů potravin. Souběžně zvýšená signalizace tachykininu (prostřednictvím receptoru DTKR) inhibuje přenos signálů v glomerulu DM5. Tím se sníží vyhýbání se normálně nepříjemným pachům (jako jsou vysoké koncentrace octa). Společně tyto účinky umožňují hledání méně než optimálních zdrojů potravy (znázorněné zelenými šipkami směřujícími k právě zralým a shnilým banánům). DM1 a DM5 jsou specifické glomeruly nalezené v anténním laloku (AL) mozkového mouchy a jejich barevná intenzita představuje sílu jejich aktivace u nasycených vs hladových mušek.
Tato studie silně demonstruje silné stránky modelu létání jako platformy ke studiu toho, jak mozek počítá smyslové podněty. Od chytrých behaviorálních testů až po sofistikované genetické manipulace a zobrazování mozkové činnosti práce popisuje, jak se s důležitou senzorickou narážkou zachází různými způsoby v závislosti na vnitřním stavu zvířete (tj. Hladovém nebo ne). Jelikož to, co platí pro mouchu, je často – alespoň v obrysu – pravdivé pro člověka, oblast výzkumu je nyní zralá, aby přispěla principy smyslového zpracování, které mohou být použitelné pro mnoho, ne-li všechny, druhy zvířat.
