Биологи создали мух, способных останавливаться на красный свет

Двигательная активность животных зависит от сложной сети нейронных структур, расположенных в головном мозге и в других частях тела. Поддержание движений обеспечивается группами взаимосвязанных нервных клеток. Но не менее важно уметь останавливать действия, чтобы адаптировать свое поведение к изменениям в окружающей среде. Вместе с тем нейронные механизмы все еще недостаточно изучены.

В статье, опубликованной в авторитетном научном журнале Nature, ученые исследовали моторное торможение у плодовой мушки дрозофила Drosophila melanogaster — одного из ведущих объектов биологических исследований. Несмотря на очевидные отличия между нервной системой мух и людей (а также других позвоночных), у насекомых имеются похожие механизмы регуляции движений и нейронные связи.

Ранее этот же исследовательский коллектив из США и Великобритании выявил нейроны дрозофилы, отвечающие за различные типы передвижения, такие как ползание вперед, движение задом наперед и разворот. Теперь они обратили внимание на механизмы задержки движений, применяя генетический скрининг для выявления связанных нейронов.

В своей работе ученые использовали оптогенетику, что позволяет управлять клетками с помощью светочувствительных молекул. С помощью красного света они смогли целенаправленно отключить определенные нейроны, в результате чего мухи замирали на месте. Для этой цели была применена модель коннектома дрозофилы, представляющая все взаимосвязи между нервными клетками.

Исследование привело к обнаружению трех отдельных групп нейронов, необходимых для прекращения движения: Foxglove, Bluebell и Brake. Эти группы различаются по своему механизму действия и целям, то есть другим нейронным клеткам, которые они контролируют.

Все три группы функционируют независимо и могут работать поочередно в зависимости от ситуации. Нейроны Foxglove и Bluebell помогают остановить ходьбу и разворот тела, например, при поиске пищи. Нейроны Brake отвечают за полное прекращение любых двигательных активностей и играют важную роль в груминге — процессе «умывания» мух с помощью своих лапок.

Функция первых двух групп нейронов напоминает процесс отпускания педали газа: они строго «выключают» нейроны, задействованные в движении, с помощью тормозного нейромедиатора — гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). В то же время нейроны группы Brake, что переводится как «тормоз», активно останавливают любое движение, активируясь за счет медиатора — ацетилхолина, и подавляя активность других нейронов. Таким образом, муха останавливается на месте, но сохраняет устойчивое положение своего тела.