Как мухи-опылители ориентируются в мире запахов: новые открытия в нейробиологии

Запахи играют ключевую роль в жизни многих существ, включая муху-дрозофилу, которая использует обоняние для поиска пищи и партнёров. Однако, как именно эти насекомые справляются с задачей нахождения источника запаха в условиях турбулентного воздуха, оставалось загадкой для учёных. В то время как традиционная модель "всплеска и броска" утверждала, что мухи просто следуют за запахом, используя рефлексы, новое исследование, проведённое командой под руководством нейробиолога Ванессы Руты из Университета Рокфеллера, демонстрирует, что мухи используют более сложные механизмы.

Эксперимент с мухами на "беговой дорожке"

Для того чтобы понять, как мухи ориентируются в запахах, исследователи разработали уникальный эксперимент. Муху-дрозофилу прикрепили к маленькому шару, который плавал на воздушной подушке в полной темноте. Этот шар служил аналогом беговой дорожки для мух. Когда муха двигалась по поверхности шара, её движения управляли соплом, которое направляло поток воздуха к её антеннам, создавая постоянное направление ветра, как если бы она находилась на открытом поле. Исследователи добавили в поток воздуха яблочный уксус, включая и выключая его в зависимости от положения мухи. Это позволило точно контролировать интенсивность и направление запаха, который муха ощущала. Таким образом, учёные смогли создать реалистичный опыт обонятельной навигации с турбулентными потоками и градиентами запаха.

Новые подходы к навигации

Первое, что исследователи проверили, это модель "всплеска и броска", которая не оправдала себя. В экспериментах с коридором уксуса шириной 50 миллиметров мухи не двигались по центру, как ожидалось. Вместо этого они следовали вдоль одного края, используя метод, который команда назвала "отслеживанием края". Муха, попадая в облако запаха, быстро разворачивалась и возвращалась к границе, проводя больше времени на его краю, чем внутри. Это открытие ставит под сомнение традиционные представления о том, как насекомые используют запахи для навигации.

Память и обоняние

Когда исследователи убрали запах, мухи продолжали двигаться в сторону, где, по их памяти, должен был находиться край облака. Это указывает на то, что у мух есть хранимая память, которая направляет их в нужном направлении. Команда исследовала структуру мозга, известную как центральный комплекс, которая, как оказалось, функционирует как навигационный центр. Нейроны, отвечающие за ориентацию, оставались активными даже в отсутствие запаха, что подтверждало их важность для навигации.

Обновление памяти

Чтобы проверить, как быстро мухи могут обновлять свои обонятельные воспоминания, исследователи провели эксперимент, в котором мухи отслеживали облако, наклоненное под углом 45 градусов, а затем резко изменяли его направление. Первоначально мухи терялись, но после одного сеанса обучения, когда уксус подавался в нужный момент, они быстро адаптировались и начали отслеживать новое направление. Это подтверждает, что память, а не рефлексы, играют ключевую роль в навигации мух.

Заключение

Исследование Ванессы Руты и её команды открывает новые горизонты в понимании того, как насекомые, такие как муха-дрозофила, используют запахи для навигации в сложных и изменчивых условиях. Эти открытия могут иметь более широкие последствия для понимания обонятельной навигации у других животных, включая человека. Понимание того, как простые организмы справляются с такими сложными задачами, может помочь в разработке новых технологий в области робототехники и искусственного интеллекта.