Aiheeseen liittyvä tutkimusartikkeli Ko KI, Root CM, Lindsay SA, Zaninovich OA, Shepherd AK, Wasserman SA, Kim SM, Wang JW. 2015. Nälänhätä edistää ruokahaluttoman hajukäyttäytymisen yhteensovitettua modulointia rinnakkaisten neuromodulatoristen piirien kautta. eLife4: e08298. doi: 10.7554 / eLife.08298
Image Hunger muuttaa tapaa, jolla perhohajujärjestelmä käsittelee ruoan hajuja
Yleinen ilmaisu saisi meidät uskomaan, että ”hunajaa voi saada enemmän kärpäsiä kuin etikkaa”. Mutta tämä ei ole totta hedelmäkärpänen Drosophila melanogaster (xkcd, 2007) tapauksessa. Aikuiset kärpäset ruokkivat mikrobeja ylikypsillä hedelmillä tukeutuen niiden hajuaistiin havaitsemaan etikkahappo (kemikaali, joka antaa etikalle pistävän aromin), joka kertyy hedelmien käymisen aikana. Kärpäset jättävät kuitenkin huomiotta tai jopa välttävät sekä vähäistä etikkaa (mikä viittaa siihen, että hedelmä ei ole riittävän kypsä) että korkeaa etikkaa (mikä viittaa siihen, että hedelmä saattaa olla mätä).
Nyt, eLifessä Jing Wang ja Kalifornian yliopiston, San Diegon, työtoverit – mukaan lukien Kang Ko ensimmäisenä kirjoittajana – paljastavat tyylikkäästi, mitä kärpäsissä ”aivoissa tapahtuu, mikä antaa heille mahdollisuuden tavoittaa laajemman valikoiman etikkahajupitoisuuksia nälkäisenä (Ko et. Heidän tietonsa osoittavat myös, että nälkään vaikuttaa hajutiedon varhaiseen käsittelyyn vivahteikkaammin kuin aiemmin oli odotettu: nälkä tekee muutakin kuin vain säätää kärpästen herkkyyttä ruoan hajuille. Sen sijaan se laukaisee spesifisiä reaktioita (sekä kiihottavia että estäviä), jotka kannustavat kärpäsiä syömään optimaalista huonompia ruokalähteitä. Tällöin Ko et ai. mahdollisesti antaa lisätodisteita sen käsityksen tueksi, että ei ole viisasta mennä ruokakauppaan tyhjään vatsaan, muuten nälänsignaalit saattavat heikentää kykyäsi erottaa hyvää ruokaa huonosta.
Ko ym. on huipentuma tutkimuksille, joissa on käsitelty kuinka Drosophila käsittelee tietoja tästä tärkeästä ruokahajusta. Hedelmäperhoissa, samoin kuin ihmisillä ja muilla selkärankaisilla, hajuhermonit, jotka havaitsevat spesifisiä haihtuvia kemikaaleja, johtavat erillisiin synapsien klustereihin. aivot, joita kutsutaan glomeruleiksi. Samaa kemikaalia havaitsevat hajuhermonit yhdistävät kaikki saman glomeruluksen. Pitoisuudesta riippuen etikkahaju aktivoi 6-8 hedelmäkärpän aivojen noin 40 glomerulusta. Wangin edellinen maamerkki-tutkimus ryhmä paljasti, että yhden hajuhermon, DM1: ksi kutsutun, aktiivisuus voisi selittää suurimman osan kärpän vetovoimasta etikkaan (Semmelhack ja Wang, 2009). DM1: een kytkeytyvien reseptorien sammuttaminen sai kärpät huomiotta etikan hajun. Toisaalta vain DM1-hermosolujen toiminnan palauttaminen muuten ’anosmisissa’ kärpäseissä (eli lähes kaikki hajuista kärsivät kärpäset) riitti saamaan heidät taas etikkaan.
Korkeampi Etikkapitoisuudet rekrytoivat vain yhden ylimääräisen glomeruluksen, nimeltään DM5, ja DM5: n aktiivisuus yksinään voi selittää miksi kärpäset välttävät etikkaa, jos haju on liian voimakas (Semmelhack ja Wang, 2009). DM1: n ja DM5: n (jotka aktivoituvat erilaisilla etikkahaju-pitoisuuksilla) välinen kilpailuvaikutus voi siten lopulta määrittää, päättääkö kärpäset lähestyä potentiaalista elintarvikelähdettä vai pysyä poissa.
Nälällä on syvä vaikutus eläinkäyttäytyminen, ja nälkäiset kärpäset löytävät pienen pisaran etikkaa sisältävää ruokaa paljon nopeammin kuin syötetyt kärpäset (Root ym., 2011). Hormoni-insuliini välittää välillisesti tätä vaikutusta. Nälkä aiheuttaa insuliinitasojen romahtamisen laukaisemalla tapahtumaketjun, joka lopulta saa DM1-hajuhermot lisäämään spesifisen reseptoriproteiinin ilmentymistä. Tämä reseptori havaitsee signalointimolekyylin, jota kutsutaan lyhyeksi neuropeptidiksi F. Sitoutuessaan reseptoriin tämä neuropeptidi vahvistaa tehokkaasti tai lisää DM1-aktiivisuuden ”vahvistusta”. Koska DM1-neuronit hallitsevat hedelmäkärpän vetovoimaa etikkaan, tämä havainto näytti selittävän tyylikkäästi, kuinka insuliinin signalointi voi saada nälkäiset kärpäset etsimään laajemmin ruokaa.
Nyt käy ilmi, että tämä ei ole koko tarina. Laajentamalla testattujen hajupitoisuuksien aluetta Ko et ai. Havaitsevat nyt, että tämä mekanismi selittää vain, kuinka nälkäiset kärpäset lisäävät houkuttelevuuttaan etikan alhaisiin hajupitoisuuksiin.Korkeammilla pitoisuuksilla nälkäiset kärpäset etsivät etikkaruokaa vielä vahvemmin kuin ruokitut kontrollit, kun lyhyen neuropeptidin välittämä signalointi vähenee (Ko et ai., 2015). Voisiko uusi neuropeptidi ottaa huomioon tämän eron? Tämän etsimisen puuttuvan nälän signaalin etsimiseksi Ko ym. tutkivat muita reseptoriproteiineja etsimällä niitä, jotka olivat lisääntyneet aistien hermosoluissa nälänhädän seurauksena.Tachykiniinireseptori (kutsutaan lyhyesti DTKR: ksi) nousi vahvaksi ehdokkaaksi, varsinkin kun tiedettiin, että se voi virittää perhon hajuhermonien vasteet (Ignell ym., 2009).
Loput Ko et ai.: N tarinasta seuraa kauniisti loogista käsikirjoitusta: DTKR: n tasojen pudottaminen vähensi todellakin ruoan löytämiskäyttäytymistä nälkäisissä kärpäsissä, jotka olivat alttiina korkeille, mutta ei alhaisille, etikkahajuille. Samoin DM5 (glomerulus, joka on vastuussa korkean etikan määrän välttämisestä) oli vähemmän aktiivinen nälkään kärpäsissä, mutta sen aktiivisuus saatettiin palauttaa syötetyn kärpän aktiivisuuteen, kun DTKR kaatui. Lopuksi Ko et ai. tunnistanut insuliinin todennäköiseksi signaaliksi, joka vaikuttaa nälkäävissä kärpäsissä DTKR: n ylävirtaan.
Yhteenvetona tiedot viittaavat malliin, jossa nälkään kärsivien lentävien insuliinitasojen lasku laukaisee kaksi komplementaarista neuropeptidin signalointijärjestelmää, joihin liittyy lyhyt neuropeptidi F ja takykiniini. . Yksi auttaa signaalien siirtymistä DM1-glomeruluksessa, mikä tekee kärpistä herkempiä houkutteleville ruokahajuille. Samanaikaisesti toinen kääntää DM5: n lähetyksen alas, mikä tekee kärpistä vähemmän todennäköiseksi välttää normaalisti epämiellyttäviä tai vastenmielisiä hajuja. Yhdessä nämä järjestelmät antavat kärpäsille mahdollisuuden etsiä optimaalista vähemmän ruokalähteitä pulan aikana (kuva 1).
Etikka (tai etikkahappo) on hedelmien käymisprosessin lopullinen tuote, minkä vuoksi hedelmäkärpäsiä houkuttelee etikkahaju. Sekä pienet että korkeat etikkahajupitoisuudet jättävät kärpäset välinpitämättömiksi (vasemmalla). Tämä johtuu siitä, että matalat pitoisuudet osoittavat, että hedelmä on juuri kypsä (vihreä banaani), kun taas korkeat pitoisuudet tarkoittavat, että se on mätä (ruskea banaani). Nälkäiset kärpäset käyttäytyvät eri tavalla, koska nälkään aiheuttama matala insuliinitaso laukaisee kaksi erillistä neuropeptidisignalointijärjestelmää, jotka muokkaavat hajuhäiriöt (oikealla). Nälkäisissä kärpäsissä lyhyen neuropeptidi F: n (nimeltään sNPFR) reseptori säätyy uudelleen hajuhermonien osajoukossa. Tämä auttaa signaalien siirtymistä DM1-glomerulus-alueella, mikä lisää herkkyyttä houkuttelevien ruokahajujen matalille pitoisuuksille. Samaan aikaan kohonnut takykiniinisignalointi (DTKR-reseptorin kautta) estää signaalien siirtymisen DM5-glomeruluksessa. Tämä vähentää normaalisti epämiellyttävien hajujen (kuten korkean etikkapitoisuuden) välttämistä. Yhdessä nämä vaikutukset mahdollistavat vähemmän optimaalisten ruokalähteiden etsimisen (kuvattuna vihreillä nuolilla, jotka osoittavat juuri kypsiä ja mätää banaaneja). DM1 ja DM5 ovat spesifisiä glomeruloita, jotka löytyvät kärpän aivojen antennilohkosta (AL), ja niiden värin voimakkuus edustaa niiden aktivoitumisen voimaa ruokituissa ja nälkäisissä kärpäsissä.
Tämä tutkimus osoittaa voimakkaasti lentomallin vahvuudet alustana tutkia kuinka aivot laskee aistien ärsykkeet. Viisaista käyttäytymismäärityksistä hienostuneisiin geneettisiin manipulointeihin ja aivotoiminnan kuvantamiseen työ kuvaa, kuinka tärkeää aistimerkkiä hoidetaan eri tavoin eläimen sisäisestä tilasta riippuen (eli nälkäisenä tai ei). Koska kärpäselle totta on usein – ainakin pääpiirteittäin – totta ihmiselle, tutkimusalue on nyt kypsä edistämään aistinvaraisen prosessoinnin periaatteita, joita voidaan soveltaa moniin, ellei kaikkiin eläinlajeihin.
