_ De ce muștele se îndrăgostesc? Cercetătorii scot în evidență semnalele din spatele cântecelor de curte a muștelor de fructe

La fel ca o cină de Ziua Îndrăgostiților sau o cutie de ciocolată, muștele masculilor de fructe au propriile lor ritualuri pentru a corteza un potențial partener.

Ca parte. a unui comportament complex de curte, muștele masculi își vibrează aripile pentru a produce un cântec distinctiv care transmite un mesaj femelelor din apropiere. Folosind informații interne și indicii de la femele și din mediul înconjurător, bărbații decid din moment în moment dacă să cânte și cum.

Deși acum oamenii de știință știu multe despre modul în care mișcările muștelor produc cântece, încă nu este clar ce celule iar circuitele din sistemul nervos al muștei permit comportamentul.

Acum, folosind o suită de instrumente noi, inclusiv un studio de înregistrare a muștelor personalizat, cercetătorii de la Janelia Research Campus de la HHMI au identificat grupul de neuroni din măduva nervoasă – o structură analogă măduvei noastre spinării – care produce și modelează cele două cântece majore de curte ale muștei. De asemenea, au măsurat activitatea neuronală în aceste celule în timp ce muștele cântau pentru a înțelege modul în care acești neuroni controlează fiecare tip de cântec.

Rezultatul este o vedere în profunzime a modului în care sistemul nervos al muștei coordonează un comportament social complex și generează mișcări multiple folosind un set comun de mușchi — informații care ar putea ajuta cercetătorii să înțeleagă mai bine modul în care alte animale, inclusiv oamenii, implementează acțiuni sofisticate.

Lucrarea oferă, de asemenea, o nouă hartă a neuronilor din cordonul nervos necesar. pentru cântecul de curtare a muștelor, permițând cercetătorilor din întreaga lume să cerceteze în continuare modul în care a evoluat comportamentul și cum sunt produse semnalele.

„Combinarea mai multor abordări experimentale ne-a permis să examinăm proprietățile structurale, fiziologice și funcționale ale circuitului cântecului în pentru a afla cum sunt produse aceste comportamente”, spune Joshua Lillvis, un om de știință care a condus unul dintre cele două proiecte de caracterizare a circuitelor neuronale. „Dar pe lângă asta, cred că aceasta va fi o resursă mare pentru comunitatea pe care oamenii o vor exploata timp de mulți ani.”

Modelarea comportamentului

Musca de fructe bine studiată este un instrument cheie pentru oamenii de știință care investighează bazele neuronale ale comportamentului.

„Este un model excelent pentru programele motorii complexe și comunicarea între sexe și modul în care aceste comunicări evoluează”, spune Janelia Senior Group Leader David Stern, un autor principal al cercetării. „Aceste întrebări sunt greu de răspuns în orice alt sistem.”

Deoarece muștele sunt studiate atât de activ, există acum multe instrumente noi disponibile pentru a analiza aceste întrebări, inclusiv instrumente genetice pentru a viza anumite celule și conectoame care cartografiază. scoate neuronii muștei și conexiunile lor.

„Toate piesele se adună acum pentru a permite o înțelegere cu adevărat profundă a modului în care aceste comportamente sunt construite și interpretate de către femelă și apoi cum evoluează aceste comportamente”, Stern spune.

O întrebare, două abordări

Profitând de multe dintre aceste noi instrumente, cercetătorii de la Janelia și-au propus să investigheze neuronii și circuitele care stau la baza mișcărilor care produc cântece de curtare a muștelor. în două moduri diferite, dar complementare.

Un proiect, condus de Lillvis, a folosit o colecție de muște modificate genetic dezvoltate la Janelia, care vizează peste 40 de tipuri diferite de celule care se conectează la aripile muștei și la cordonul nervos. Aceste tulpini de muște au permis testarea sistematică a rolurilor pe care le joacă diferiții neuroni în generarea cântecelor de curte.

Echipa a folosit un studio de înregistrare personalizat pentru a înregistra melodiile generate de 96 de muște simultan. Pe măsură ce au activat sau redus la tăcere fiecare tip de celulă în timp ce muștele cântau, cercetătorii au putut descoperi rolul diferiților neuroni în generarea semnalului. Ei au analizat mai mult de 1.800 de ore de cântec de la peste 5.000 de muște masculi pentru a cuantifica modul în care modificările activității neuronale au afectat diferite caracteristici ale celor două cântece.

Odată ce au identificat neuronii implicați, echipa a folosit apoi musca ventral. conectomul cordonului nervos, finalizat de cercetătorii și colaboratorii Janelia anul trecut, pentru a urmări modul în care neuronii au fost conectați între ei.

Echipa a descoperit că un număr mic de neuroni sunt esențiali pentru producerea cântecelor de muște și că aceste celule formează un circuit puternic conectat, suprapus, care generează cele două tipuri principale de cântece. Circuitul complet de neuroni produce un cântec — cel mai ancestral dintre cele două cântece — în timp ce un subset de neuroni din circuit produce al doilea cântec, mai recent evoluat.

„Credem că acesta ar putea fi un mecanism comun: pe măsură ce un animal dezvoltă noi comportamente, este nevoie de o parte din circuitele care există deja și modifică ceea ce fac ele”, spune Lillvis.

Într-un proiect complementar condus de cercetătorul Janelia Hiroshi Shiozaki, cercetătorul cercetătorii au examinat activitatea neuronală a muștelor cântătoare pentru a înțelege modul în care neuronii produc cântecul.

Pentru a face acest lucru, cercetătorii au folosit un instrument nou dezvoltat de Shiozaki în Japonia și adus lui Janelia în valiză. Folosind combinația de dispozitiv de înregistrare și microscop, echipa a reușit să imagineze activitatea neuronală din cordonul nervos al muștei în timp ce insecta cânta - ceva ce nu se făcuse înainte. Acest lucru a permis echipei să găsească în care neuronii au contribuit la diferite aspecte ale comportamentului.

În mod remarcabil, aceste două abordări au convergit către aceeași concluzie: un circuit imbricat controlează ambele tipuri de melodii. Rezultatele sugerează, de asemenea, că există o cale în creier care definește când să cânte și o altă cale care specifică ce tip de cântec să cânte. Aceste căi „când” și „ce” furnizează input neuronilor cordonului nervos, activând diferite celule din circuitul imbricat care permit producerea diferitelor cântece.

Pentru Shiozaki, faptul că proiectul se concretizează este un vis pe termen lung, unul pe care el și Lillvis speră să-l construiască pe măsură ce cercetează în continuare modul în care a evoluat cântecul muștei, inclusiv în diferite specii de muște de fructe.

„Este incitant, deoarece deschide o mulțime de noi direcții. pentru a studia evoluția pe termen lung a comportamentului și o analiză mai detaliată a modului în care sunt produse comportamentele motorii complexe”, spune Shiozaki.

Lucrul este publicat în revista Current Biology.

(Fluierul)