Картирование обонятельной системы у плодовых мушек

Сенсорные системы эволюционировали, чтобы предоставлять нам мгновенную и тонко настроенную информацию об окружающем мире. Ученые выявили функциональные карты, показывающие, как сенсорные нейроны организованы для эффективной обработки такой информации, например, в зрительной или слуховой системе. Однако подобная карта для обоняния ранее не была описана.

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего впервые создали такую карту для плодовых мушек. Они обнаружили, как организована обонятельная система на поверхности антенн мух, где обнаруживаются пахучие химические вещества, и объяснили принципы этой организации.

Новая карта была опубликована 28 января 2022 года в Proceedings of the National Academy of Sciences командой под руководством аспиранта Шиуан-Цзе У из лаборатории доцента Чи-Инга Су.

Ключевые открытия:

• Организация нейронов: Исследование детально описывает, как обонятельные рецепторные нейроны (ОРН) мухи организованы внутри сенсорных волосков.
• Энергоэффективная обработка: Обонятельная система мухи устроена так, чтобы позволять насекомому быстро оценивать запахи необычным способом, который обходит синаптическую коммуникацию (метаболически дорогую). Вместо этого ОРН взаимодействуют друг с другом через электрические взаимодействия. Это энергосберегающий, «метаболически дешевый» способ обработки «значимых смесей запахов без затратной синаптической обработки».
• Функциональная логика: Отсеки с двумя ОРН расположены так, чтобы обнаруживать сигналы с противоположным значением для мухи (например, способствующие или подавляющие определенное поведение). Это позволяет быстро и эффективно оценивать сложные запахи в окружающей среде.
• Математическая модель: Лаборатория Су сотрудничала с профессором Джонатаном Алджадеффом, который построил математическую модель, объясняющую, как электрические взаимодействия помогают извлекать релевантную информацию.

Как отметил первый автор работы Шиуан-Цзе У, элегантность этой системы, где ОРН вычисляют противоположные сигналы, имеет параллели с тем, как зрительная система контрастирует оттенки цветов, чтобы помочь нам воспринять разницу, например, между красным и зеленым.