Конфіденційність та файли cookie

Цей сайт використовує файли cookie. Продовжуючи, ви погоджуєтесь на їх використання. Дізнайтеся більше, зокрема, як керувати файлами cookie.

дослідження

Дієта оцтових метеликів просто несмачна для людського ока: вони харчуються бродінням плодів, і навіть їхнє потомство осідає тут цими крихітними комахами. Однак оцтові довгоносики також включають види, раціон яких відразливий для інших видів. Вид оцту, який називається Drosophila sechellia, споживає виключно плоди ноніфи (Morinda citrifolia), ноні. Запах фруктів дуже неприємний для більшості людей та більшості видів мусульман, тому є цікавим питанням, як цей вид оцту може стати шанувальником ноні.

Цей особливий оцет був відкритий ще в 1980 році двома студентами на місцях на острові Кузен на Сейшельських островах. Цікаво, що тварину вперше помітив неін. Це дивно, оскільки оцтові метелики уникають фруктів ноні, оскільки їх запах, який в основному складається з карбонових кислот, для них відразливий, а інші фруктові речовини можуть бути навіть небезпечними для крихітних комах (запах ноні звик до блювота. З часом стало очевидним, що особини виду Drosophila sechellia харчуються виключно ноні і відкладають на них свої яйця.

Для досвідчених фахівців було ясно, що цей вид пропонує безпрецедентну можливість вивчити еволюцію дієтичної спеціалізації. Тварина має інший раціон харчування в порівнянні зі своїми найближчими родичами, і до її найближчих родичів належить такий популярний модельний організм, як Drosophila melanogaster, один з найбільш інтенсивно досліджуваних організмів у світі. Ця особлива ситуація відразу припускає, що якщо порівняти нервову систему D. sechellia з системою D. melanogaster, ми здебільшого знайдемо відмінності, які пояснюють особливий раціон колишніх видів, оскільки їх поведінка помітно відрізняється лише в їх харчових уподобаннях.

Завдяки такому підходу вже було досягнуто деяких захоплюючих результатів. Наприклад, на відміну від найближчих родичів північноамериканських прерійних білок, моногамні, тобто після спаровування, самці та самки залишаються разом, піклуючись про потомство, навіть протягом усього життя. Навпаки, найближчі родичі зазвичай відвідують одне одного лише в шлюбний період, інакше вони живуть поодинці і піклуються про потомство. Вивчаючи нервову систему прерійних ховрахів, дослідники показали, що сигнальна молекула, яка називається окситоцин, може мати набагато більший ефект у мозку цього гризуна. Пізніше було виявлено, що окситоцин також відіграє важливу роль у соціальних відносинах інших видів.

Таким чином, D. sechellia обіцяла бути корисним експериментальним предметом; з моменту його відкриття було проведено кілька досліджень, які виявили багато важливих відмінностей у біології тварини порівняно з її найближчими родичами. Вже на початку 2000-х років стало очевидним, що смакові рецептори тварини стають нечутливими до карбонових кислот, які надають плоду ноні неприємний смак, а білки рецепторів, чутливі до ефірів та кислот, що виділяються плодами, знаходяться у значно більших кількостях у нейронах D. sechellia. Згідно з іншим дослідженням, D. sechellia повністю відноситься до ноні, оскільки він також отримує попередник нейромедіатора, який називається дофаміном, який є центральним для його функції мозку, і він більше не здатний синтезувати його з амінокислот (як інші оцтові мухи і інші тварини роблять).

Однак ці результати є суто корелятивними, тобто засновані на простому співіснуванні. Виходячи з них, далеко не ясно, яку роль відіграють виявлені відмінності (якщо вони дійсно актуальні) у створенні дивного смаку тварини. Цього разу група німецьких та американських дослідників не тільки спостерігала, але й маніпулювала нюховою системою тварин, використовуючи найсучасніші методи генної інженерії, виявляючи тим самим причинно-наслідковий зв'язок між певними властивостями нюхової системи D. sechellia та його унікальна їжа.

Рецепторні клітини для нюху (хеморецепція на відстань) виникають у кількох точках головки дрозофіли: щупальце (антена) та сканування губ (palpus labialis). Тут нейрони зазвичай мають лише певний рецепторний білок, тому клітини виробляють сигнал як функцію чутливості одного рецепторного білка (однак кожна сполука може кодуватися кількома рецепторами, реагуючи на його присутність різною мірою) . Це означає, що сигнал, що генерується тут рецепторними клітинами, може бути зіставлений з даним з'єднанням, його чітке представлення. Клітини, що експресують одні і ті ж рецепторні білки, передають свій сигнал до гомілки головного мозку комах і до тієї самої чітко визначеної його частини, так що модель активації щупальця також може бути чітко узгоджена із сполукою (речовинами), яку щойно виявили. Отже, нюхова система оцту дуже схожа за своєю структурою та функцією до хребетних.

Дослідники створили особин з трьох різних видів оцту (включаючи D. sechellia та D. melanogaster), в яких як нюхові нейрони, так і клітини щупалець ставали флуоресцентними, коли вони передавали сигнал. Вперше дослідники підтвердили поведінкові дослідження, що генно-інженерні особи нормально реагують на фрукти ноні. Зразки D. sechellia набагато частіше підходили до плодів, ніж інші тварини, тому з'явилася нормальна поведінкова тенденція. Потім на свіжих ділянках голови тварини досліджували активацію нюхових рецепторів та гомілки для різних запахів ноні. Було встановлено, що у D. sechellia набагато більше клітин рецепторів та нейронів великогомілкової кістки активується цими сполуками, ніж у двох інших видів. Дослідники також нанесли на карту рецепторні білки, які активуються до сполук, що вивільняються не, і спостерігали ефект їх інактивації генної інженерії. Інактивуючи рецептори, окремі рецепторні клітини втрачали свою реакцію на плід ноні, що також мало поведінкові наслідки, оскільки особи, що несуть мутантні гени, приваблювались до ноні менше, ніж зазвичай.

Дослідники також спостерігали в експериментах, що один рецептор (Or22a) набагато сильніше впливає на притягання ноні, ніж інші. Тому дослідники захопили гомолог гена, який з’являється у D. melanogaster (який насправді відрізняється лише кількома амінокислотами від тієї, що міститься у D. sechellia), і ввели його в геном D. sechellia замість свого власного. Те саме було зроблено з D. melanogaster - який отримав ген для білка рецептора D. sechellia. В результаті обміну зразки D. sechellia були набагато рідше схильні до плодів ноні, тоді як зразки D. melanogaster виявляли до них дещо більший інтерес, ніж зазвичай. Таким чином, дослідники продемонстрували причинно-наслідковий зв’язок між нюховою системою та дієтичними особливостями D. sechellia.

Однак було висунуто гіпотезу, що симпатія до смердючого плоду пояснюється не лише змінами нюхової системи, оскільки це, мабуть, дозволяє лише більш ефективне спостереження за ноні. Дослідники також вивчили взаємозв'язок між нечутливими нейронами щупалець комах і виявили, що один шлях у D. sechellia утворює унікальну гілку, якої не вистачає іншим видам. Продовжуючи цей шлях, ми можемо незабаром дізнатись більше про нервову систему специфічної поведінки D. sechellia.

Здається, одного разу популяція оцту опинилася на острові Кузен, де не було знайдено жодної їжі, крім ноніфи. Особи, які уникали або сприйнятливі до ноні, відбирались із покоління в покоління. За цих обставин не викликає сумнівів, що мутації, які зробили нюхову систему тварини більш чутливою до ноні, а також ті, що спонукали зубило до плодів, були корисними. Сьогодні особи D. sechellia більше не можуть харчуватися чимось іншим, і це, безумовно, добре для вчених, які вивчають еволюцію поведінки.

Ця стаття зі статті "Життя і наука 2020/16". з'явився у випуску.