Температура развития влияет на нейронные связи и поведение плодовых мух
Скорость развития пойкилотермных животных, таких как насекомые, рыбы и рептилии, определяется температурой окружающей среды. Исследователи из Университета Иоганна Гутенберга в Майнце показали, как температура может влиять на развитие мозга плодовых мух Drosophila melanogaster.
Работа опубликована в журнале Science Advances.
«В исследованной области мозга нейроны формировали больше синапсов и соединялись с большим числом синаптических партнёров при более низких температурах», — заявила руководитель исследования доктор Карлотта Мартелли.
Учёные сосредоточились на обонятельной цепи Drosophila melanogaster, так как обоняние определяет важные поведенческие паттерны у этих мух. Они обнаружили, что температура, воздействию которой насекомые подвергаются на стадии куколки, влияет не только на развитие мозга, но и на поведение, управляемое запахами.
Метаболическая теория для объяснения различий
Температура — фактор окружающей среды, оказывающий наиболее обширное влияние на биологию живых организмов, поскольку определяет скорость всех биофизических реакций.
Более глубокое понимание корреляций между температурой и развитием важно для прогнозирования последствий изменений температуры для поведения диких животных.
В случае Drosophila ранее было обнаружено, что количество синапсов между нейронами в зрительной системе увеличивалось при более низкой температуре во время развития. Команда доктора Мартелли решила изучить обонятельную цепь.
Для этого мух развивали при температуре 18 °C или 25 °C на стадии куколки, когда происходит формирование связей в мозге. Используя генетические методы, учёные подсчитали, что у животных, развивавшихся при 18 °C, было более чем в два раза больше постсинаптических нейронов, чем у мух, развивавшихся при 25 °C. Большее количество связей было очевидно на всех уровнях обонятельной цепи.
«Чтобы объяснить этот результат, мы разработали теорию, основанную на предположении, что существуют несколько различающиеся метаболические условия для роста тела насекомого в целом и для развития мозга», — добавила Мартелли.
Исследователи предположили, что метаболизм в мозге при более низких температурах протекает быстрее, чем в других частях тела.
«Нам удалось подтвердить наши теоретические предположения в других экспериментах», — сказала Мартелли.
Однако прямых доказательств, подтверждающих эту гипотезу о роли метаболизма, всё ещё не хватает. В настоящее время исследователи анализируют экспрессию соответствующих генов во время развития.
Влияние на поведение
Исследователи также сообщили, что снижение температуры на стадии куколки влияет на поведение взрослых мух, управляемое запахами. В эксперименте мух в возрасте 10 дней подвергали воздействию небольшого количества бутанона — жидкости с резким запахом, привлекающим насекомых.
Мухи, развивавшиеся при 18 °C на стадии куколки, проявляли большее влечение к этому запаху, чем те, которые содержались при 25 °C.
«Хотя у мух, развивавшихся при более низкой температуре, была большая связность мозга, они, по-видимому, не имели лучшего или более сильного восприятия запаха», — отмечает Мартелли.
Измерения нейронной активности показали, что представление запаха в части мозга, эквивалентной обонятельной луковице человека, не изменилось.
«Мы пришли к выводу, что изменения в поведении, вероятно, можно объяснить связностью в нижележащих областях мозга, которые контролируют врождённое поведение», — заключает Мартелли.