Биологи создали мух, которые останавливаются на красный свет

Отслеживание движений у мухи группы контроля (слева) и при активации трех групп нейронов торможения движений / © nature.com, Neha Sapkal et al., 2024

Отдельными движениями животных управляют конкретные нейроны. То же можно сказать о прекращении действий, без которого невозможны перемещение в пространстве, питание и выживание. Авторы новой статьи в журнале Nature использовали оптогенетику (технологию управления клетками с помощью света), чтобы выявить «нейронные структуры замирания» у плодовой мушки дрозофилы. Оказалось, насекомое использует два непохожих механизма остановки. Один авторы сравнили с отпусканием педали газа, другой — с нажатием на тормоз.

За сложные и многообразные движения отвечают особые нейронные структуры животных, которые расположены в мозге и за его пределами. Начало и продолжение действий обеспечивают особые группы связанных между собой нервных клеток. Однако не менее важна остановка движений, которая делает поведение управляемым и адекватным изменениям в окружающей среде. Тем не менее о нейрональных механизмах торможения ученым пока известно не так много.

Авторы статьи в ведущем научном журнале Nature выяснили, как устроено моторное торможение у плодовой мушки дрозофилы Drosophila melanogaster — одного из ключевых объектов исследований в биологии. Несмотря на очевидные различия в нервной системе мухи и человека (как и других позвоночных), насекомое имеет схожие механизмы регуляции моторики и нейронные связи.

Ранее те же ученые — коллектив из США и Великобритании — смогли узнать, какие нейроны дрозофилы отвечают за ползание вперед, ходьбу задом наперед и разворот тела. Теперь они обратились к механизмам прекращения движения, используя генетический скрининг для выявления связанных с ним нейронов.

Ученым также помогла оптогенетика — технология управления клетками с помощью светочувствительных молекул. С помощью красного света биологи избирательно выключали нужные нейроны, из-за чего мухи застывали на месте. Для этого пригодилась модель коннектома дрозофилы, то есть совокупности всех контактов между нервными клетками.

Обнаружены три отдельные группы нейронов, нужные для прекращения активности, их назвали Foxglove, Bluebell и Brake. Группы отличают механизмы действия и мишени, то есть прочие нервные клетки, которыми они управляют. Все три не связаны напрямую и могут работать альтернативно, в зависимости от ситуации. Так, нейроны групп Foxglove и Bluebell нужны насекомому, чтобы прекратить ходьбу и разворот тела (например при поиске пищи и ее поедании). Нейроны Brake останавливают любую двигательную активность, а также имеют особое значения для груминга, то есть «умывания» мух лапками.

Локализация нейронов, которые тормозят движение у дрозофилы / © Nature.com, Neha Sapkal et al., 2024

Принцип работы первых двух групп похож на отпускание педали газа: они специфически «выключают» участвующие в движении нейроны за счет тормозного нейромедиатора — гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). Клетки Brake (на английском «тормоз») активно прерывают всякое движение мухи, активируясь медиатором-ацетилхолином и подавляя другие нейроны. Насекомое при этом замирает на месте, но сохраняет стабильное положение тела.