Управление поведением самок плодовой мушки после спаривания: найдены нейроны-командиры

Учёные определили нейроны в мозге самки плодовой мушки (Drosophila), которые реагируют на сигналы от самца во время спаривания.

Самцы передают самкам в семенной жидкости вместе со спермой вещество — половой пептид (sex-peptide). Этот феромон влияет на поведение самки: она начинает откладывать яйца и теряет склонность к повторному спариванию.

Хотя это явление распространено у насекомых, до сих пор не было известно, где в нервной системе находятся нейроны, управляющие этим «посткопулятивным поведением».

Исследователи из Бирмингемского университета нашли способ идентифицировать конкретные группы нейронов в мозге мухи, реагирующие на половой пептид. Для этого они прикрепили феромон, который обычно циркулирует в крови насекомых, к внешней стороне нейронов.

Если этот «привязанный» к клеточной мембране пептид экспрессируется в нейронах, которые также имеют рецептор к нему, это вызывает посткопулятивное поведение. Таким образом удалось локализовать нейроны, чувствительные к пептиду. Результаты опубликованы в eLife.

Чтобы понять, как мозг реагирует на пептид, команда изучила генетическую основу ключевых генов, участвующих в определении пола. Эти гены направляют дифференцировку в мужской или женский пол.

В отличие от многих других генов, гены определения пола очень сложны. Команда под руководством доктора Маттиаса Соллера предположила, что их регуляторные области можно «разбить» для экспрессии в гораздо меньшем количестве нейронов.

Кроме того, был найден генетический приём, позволяющий пересекать две или даже три паттерна экспрессии. Это позволило направить экспрессию мембранно-связанного пептида всего в несколько нейронов. Так удалось картировать несколько отдельных областей в мозге самок, которые запускали изменения поведения в присутствии мужского пептида.

Интересно, что целевые нейроны принадлежали к группе высшего порядка — «командным нейронам», которые необходимы для принятия поведенческих решений. Это контрастирует с предыдущими теориями о влиянии пептида на сенсорные нейроны, работающие на более низком, рефлекторном уровне.

Также выяснилось, что пептид влияет более чем на один набор командных нейронов. Было идентифицировано как минимум пять различных групп нейронов, участвующих в процессе. Это указывает на то, что мужской пептид вмешивается в выбор действий самки на нескольких уровнях.

Ведущий автор доктор Моханакартик Налласиван отметил: «Эта работа поможет понять, как поведение закодировано в мозге и как сенсорная информация преобразуется в сигналы к действию. Репродуктивное поведение жёстко «зашито» в мозге, а не является приобретённым. Если мы поймем этот путь, мы сможем на него влиять, например, ограничивая способность комаров находить хозяев».

Доктор Маттиас Соллер добавил: «Мозг Drosophila — первый, у которого каталогизированы все нейроны и картированы синаптические связи. Теперь у нас есть ресурсы, чтобы раскрыть нейронную основу такого поведения. Как секвенирование первых геномов Drosophila проложило путь к секвенированию генома человека, так и здесь: исследования на мушках показывают, как мы можем понять архитектуру человеческого мозга».

Хотя пути, по которым мужской пептид манипулирует поведением самки, стали яснее, самка всё же может переопределить эти инструкции. Например, если она физически нездорова или условия среды не подходят для откладки яиц, она соответствующим образом скорректирует своё поведение.

Это исследование станет важной моделью для решения фундаментальных вопросов об архитектуре и функциях мозга, включая процессы принятия решений.