Et vanlig uttrykk vil få oss til å tro at «du kan fange flere fluer med honning enn med eddik». Men dette stemmer ikke når det gjelder fruktflua Drosophila melanogaster (xkcd, 2007). Voksne fluer fôrer for mikrober på overmoden frukt, og stoler på deres luktesans for å oppdage eddiksyre (kjemikaliet som gir eddik sin skarpe aroma) som akkumuleres når frukten gjæres. Fluer har imidlertid en tendens til å ignorere eller til og med unngå både lave nivåer av eddik (som antyder at frukten ikke er moden nok) og høye nivåer av eddik (som antyder at frukten kan være råtten).

Nå, i eLife, Jing Wang og medarbeidere ved University of California, San Diego – inkludert Kang Ko som første forfatter – avslører elegant hva som skjer i fluer «hjerner som gjør at de kan forfølge et bredere utvalg av eddik luktkonsentrasjoner når de er sultne (Ko et al., 2015). Deres data viser også at sult har en mer nyansert innflytelse på den tidlige behandlingen av olfaktorisk informasjon enn tidligere forventet: sult gjør mer enn bare å avstemme fluens følsomhet for matlukt. I stedet utløser det spesifikke responser (både eksiterende og hemmende) som oppfordrer fluene til å fôre på suboptimale matkilder. Ved å gjøre dette, Ko et al. muligens gi ytterligere bevis for å støtte oppfatningen om at det ikke er lurt å handle på tom mage, for ikke sultesignaler kan forringe din evne til å skille god mat fra dårlig.

Ko et al. «s arbeid er kulminasjonen av en serie studier som har tatt for seg hvordan Drosophila behandler informasjon om denne viktige matlukten. I fruktfluer, omtrent som hos mennesker og andre virveldyr, leder olfaktoriske nerveceller som oppdager spesifikke flyktige kjemikalier, opp til diskrete klynger av synapser i hjerne kalt glomeruli. Olfaktoriske nevroner som oppdager det samme kjemikaliet, kobles alle til samme glomerulus. Avhengig av konsentrasjonen, aktiverer eddiklukt 6 til 8 av de 40 eller så glomeruli i fruktfluehjernen. Imidlertid, en tidligere landemerkeundersøkelse fra Wang gruppe avslørte at aktiviteten til en enkelt olfaktorisk glomerulus, referert til som DM1, kunne forklare det meste av en flues tiltrekning til eddik (Semmelhack og Wang, 2009). Å slå av reseptorene som kobles til DM1, fikk fluene til å ignorere lukten av eddik. På den annen side var det nok å gjenopprette aktiviteten til DM1-neuroner i ellers ‘anosmiske’ fluer (det vil si fluer som har mistet nesten all luktesans) til å gjøre dem tiltrukket av eddik igjen.

Høyere konsentrasjoner av eddik rekrutterer bare en ekstra glomerulus, kalt DM5, og aktiviteten til DM5 alene kan forklare hvorfor fluer unngår eddik hvis lukten er for sterk (Semmelhack og Wang, 2009). Derfor kan det konkurransedyktige samspillet mellom DM1 og DM5 (som aktiveres ved forskjellige eddik luktkonsentrasjoner) til slutt avgjøre om flua bestemmer seg for å nærme seg en potensiell matkilde eller å holde seg borte.

Sult har en dyp innvirkning på dyrs atferd, og sultne fluer finner en liten dråpe eddik-laced mat mye raskere enn fluer som har blitt matet (Root et al., 2011). Hormonet insulin formidler indirekte denne effekten. Sult får insulinnivået til å stupe, og utløser en hendelseskjede som til slutt får DM1 olfaktoriske nevroner til å øke uttrykket for et spesifikt reseptorprotein. Denne reseptoren oppdager et signalmolekyl som kalles ‘kort neuropeptid F’. Ved binding til reseptoren forsterker dette neuropeptidet effektivt, eller viser «forsterkningen» av DM1-aktivitet. Siden DM1-neuroner kontrollerer en tiltrekning av fruktfluer til eddik, syntes dette funnet å forklare på elegant vis hvordan insulinsignalering kan føre til at sultne fluer søker mer etter mat.

Det viser seg nå at dette ikke er hele historien. Ved å utvide utvalget av testede luktkonsentrasjoner, finner Ko et al. Nå at denne mekanismen bare forklarer hvordan sultne fluer øker tiltrekningen til lave luktkonsentrasjoner av eddik. Ved høyere konsentrasjoner forfølger sultede fluer fremdeles mer eddik mat enn robuste kontroller, til og med når signalering formidlet av kort neuropeptid F reduseres (Ko et al., 2015). Kunne et ekstra neuropeptid forklare denne forskjellen? For å søke etter dette manglende sultesignalet, undersøkte Ko et al. andre reseptorproteiner og lette etter de som ble økt i sensoriske nevroner som et resultat av sult.Tachykinin-reseptoren (kort kalt DTKR) dukket opp som en sterk kandidat, spesielt fordi det var kjent at den kan avstemme responsene til fluens luktneuroner (Ignell et al., 2009).

Resten av Ko et al. ‘S historie følger vakkert et logisk skript: å slå ned nivåene av DTKR reduserte faktisk matfunnadferd i sultne fluer utsatt for høye, men ikke lave, eddik luktkonsentrasjoner. Tilsvarende var DM5 (glomerulus som var ansvarlig for å unngå høye nivåer av eddik) mindre aktiv i sultede fluer, men dens aktivitet kunne bringes tilbake til en matet flue når DTKR ble slått ned. Til slutt Ko et al. identifiserte insulin som det sannsynlige signalet som virker oppstrøms for DTKR i sultende fluer.

Til sammen antyder dataene en modell der fallende insulinnivå i sultende fluer utløser to komplementære nevropeptidsignaliseringssystemer som involverer kort neuropeptid F og Tachykinin . Man hjelper overføring av signaler ved DM1 glomerulus, noe som gjør fluene mer følsomme for attraktive matlukt. Parallelt skrur den andre nedoverføringen på DM5, noe som gjør fluer mindre sannsynlig å unngå normalt ubehagelige eller motstridende lukter. Til sammen tillater disse systemene fluer å forfølge mindre enn optimale matkilder i tider med mangel (figur 1).

Denne studien demonstrerer kraftig fluemodellen som en plattform for å studere hvordan hjernen beregner sensoriske stimuli. Fra smarte atferdsanalyser, til sofistikerte genetiske manipulasjoner og avbildning av hjerneaktivitet, beskriver arbeidet hvordan en viktig sensorisk signatur håndteres på forskjellige måter avhengig av dyrets indre tilstand (det vil si sulten eller ikke). Siden det som er sant for flua ofte er – i det minste i oversikten – sant for mennesket, er forskningsområdet nå modent for å bidra med prinsipper for sensorisk prosessering som kan gjelde for mange, om ikke alle, dyrearter.