Уникальный садовый эксперимент меняет понимание поведенческих механизмов

Эксперимент, проведенный в саду в Лестере (Великобритания) и одновременно в саду в Италии, дал неожиданные результаты, меняющие научные представления. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Ученые из Университета Лестера и Университета Падуи изучили ритмы сна-бодрствования (24-часовые поведенческие ритмы) у плодовых мушек (Drosophila melanogaster). Результаты противоречили данным более чем 40-летних лабораторных исследований поведения этих насекомых.

Изучение ритмов мушек важно, потому что аналогичные 24-часовые часы есть почти у всех организмов, включая бактерий, а их генетическая основа практически одинакова у насекомых и людей. Это имеет значение для изучения многих проблем со здоровьем, имеющих ритмический компонент: расстройств сна, влияния сменного графика работы, джетлага, ожирения и сердечно-сосудистых нарушений.

Профессор Бамбос Кириаку из Университета Лестера превратил свой сад в «лабораторию», используя игровой домик своих детей как экспериментальный центр.

«Drosophila melanogaster — "рабочая лошадка" генетических исследований высших организмов. Она была основной моделью для понимания работы 24-часовых часов и того, как гены, контролирующие эти "биоритмы", строят "внутренние часы". К счастью, механизм часов консервативен от мух до млекопитающих».

Более 40 лет исследования ритмов мух использовали цикл сна-бодрствования как показатель работы часов. В лабораторных условиях мушка просыпается утром, отдыхает в середине дня, активна вечером и засыпает ночью. Этот паттерн был детально изучен генетически и нейробиологически.

«Однако вся эта работа проводилась в лаборатории, в очень искусственных условиях, где температура постоянна, а свет включается внезапно утром и выключается внезапно ночью».

В новом исследовании ученые в естественных условиях отслеживали поведенческие ритмы мух, температуру, солнечный свет, лунный свет, влажность и т.д. в теплой (Италия) и холодной влажной (Лестер) среде.

Результаты оказались неожиданными:

• Вместо сиесты в середине дня мухи становились наиболее активными в это время.
• Мутанты с "сломанными" часами, которые в лаборатории показывали нерегулярные ритмы, демонстрировали идеально хорошие поведенческие циклы.
• Вместо того чтобы предвосхищать рассвет, как в лаборатории, мухи просто реагировали на изменение уровня освещенности во время сумерек.

«Другими словами, некоторые наши представления о том, как ритмическое поведение в лаборатории может соответствовать поведению в дикой природе, оказались ошибочными... Это исследование предполагает, что поведение, которое является способом мозга изменить свою среду (например, если слишком холодно, перейти туда, где тепло), не нуждается в предвосхищении изменений среды — оно может просто реагировать на них».

При этом внутренней физиологии, вероятно, все же необходимо предвосхищать регулярные изменения (например, периферическим тканям — печени, почкам).

Исследование также указывает на важность изучения организмов в более естественных условиях, что может быть применено для улучшения здоровья и благополучия животных, содержащихся в помещении (например, в сельском хозяйстве).

Основную работу в Великобритании и Италии выполнили аспирантка Суприя Бхутани (Лестер) и постдок Стефано Ванин (Падуя).