هنگامی که یک نورون تک با یک میوه مواجهه می شود، به یک دوره تغییر میوه کمک می کند

محققان گزارش می دهند که در یک پرواز میوه ای، یک جفت نورون مغز به حرکت در عقب در هر دو لاروها و بزرگسالان می پردازد.

کریس Doe، استاد زیست شناسی و مدیر اجرایی موسسه علوم اعصاب دانشگاه اورگان، گفت: که نقشه برداری از مدار نزولی است که می تواند به راحتی و به سرعت در حال حرکت به سمت جلو حرکت کند. او محقق اصلی این پروژه بود، که در مقاله ای که در روز 2 ماه اوت در مجله eLife منتشر شده است، شرح داده شده است .

Doe گفت:”گام بزرگ ما یک نورون تک است که هر دو باعث رفتار جدید و سرکوب رفتار خصمانه می شوند. Doe همچنین یک محقق پزشکی موسسه هوارد هیوز و عضو موسسه بیولوژی مولکولی UO است.

“این حتی بیشتر قابل توجه است، زیرا این عصب ها سوئیچ رفتاری مشابه را در لاروها و بزرگسالان، که دارای نورون های حرکتی کاملا متفاوت هستند، سوار می کنند. “یافته های ما نشان می دهد که همان جفت نورون ها کنترل خزنده ی یک جفت اندام بدون چربی می باشند و راه رفتن یک پرواز بالغ را بسیار شگفت انگیز می کند”

تغییر جهت از جلو به عقب برای زنده ماندن و برای مگس میوه حیاتی است. لاروهای Drosophila پس از گاوها تخم مرغ ها را می چینند که لاروها را از داخل خارج می کنند. عنکبوت، مورچه ها و سوسک ها مگس ها میوه می خورند. به گفته Doe، چطور مدارهای عصبی باعث تغییر شفاف بین رفتارهای متضاد می شوند، در بسیاری از حیوانات، رمز و راز است، اما در نماتدها (نوعی کرم) نیز دیده شده است.

روش پیش کشیدن راهی برای دانشمندان فراهم می کند تا دیگر ارتباط مستقیم بین نورون های مغز فردی و نورون های عصبی برقرار کنند. آزمایشگاه Doe در حال حاضر به دنبال نورونهای مرتبط با جهت یابی در مگس میوه است.

پژوهش هفت نفره از غربالگری ژنتیکی، میکروسکوپ الکترونی، optogenetics و دستکاری دستی در پروژه استفاده کرد. آنها در ابتدا به طور کلی به 10 پاسخ رفتاری نگاه می کردند، اما پس از آن به حرکت رو به جلو و عقب متمرکز شدند. پروتئین های فلورسنت وارد شده به لاروها و مگس های بزرگسال کمک می کنند  وجریان های شیمیایی گوگلی را در مدار زمانی که رفتار تغییر می کند، کمک کند.

تیم به طور متداول از طریق چندین مرحله به شناسایی دو نورون مغز مبتنی بر عقب مانده، با شروع بیش از 300 نورون و به تدریج جمع کردن جمعیت تا زمانی که دو نورون نهایی یافت نشد، حرکت کرد.

بزرگترین تعجب  Doe این بود که گفت، متوجه شده است که همان جفت نورون در یک لارو ارتباط خود را با مجموعه عضلات در طول متامورفسکی را رد کرد و سپس با نورون های حرکتی برای شش پاها که عضلات را در بزرگسالان کنترل می کردند، مجددا درگیر شدند. در لاروهای بدون لثه، خزنده به وسیله پرستالیس یا انقباض انجام می شود.

Doe گفت: “حرکات مچ دست شامل یک الگوی حرکت، پاها است که کاملا متفاوت است. “همه نورون های حرکتی در دو مرحله متفاوت هستند. کسانی که در لارو ها دچار دگرگونی می شوند، نورون مغزی ظاهرا این را در هر دو سیستم به رسمیت می شناسد.”

Doe گفت، نورون حرکت به جلو را متوقف کرد و به شدت و به طور مداوم به عقب حرکت داد. برای اهداف فرار، یک رفتار باید به سرعت از طریق ارتباطات عصبی غیرفعال شود. به عنوان مثال، مگس ها و پشه ها می توانند یک سگ انسان را حس کنند و مسیر را تغییر دهند تا از تماس خارج شوند. لارو می تواند محیط های مضر مانند نمک زیاد یا نور روشن را با استفاده از حرکت عقب، شناسایی و از آنها دور کنند.

او گفت: “تاکنون هیچکس نشان نداده است که نورون بالادستی وجود دارد که می تواند بعضی رفتارها را مختل کند و دیگران را مجبور سازد.” مطالعه ما به محققان دیگر نمونه خوبی از آنچه که ممکن است انتظار  رود برای پیدا کردن را ارائه می دهد. پرواز دارای رفتارهای فراوانی است. ایده این است که نورون ها و مدارهای کنترل همه را به نقشه بسپارند. ”

کشف ناشی از تحقیق اساسی بود. Doe توسعه زودهنگام سلول های بنیادی عصبی را به عنوان یک محقق HHMI از سال 1994 کشف کرده است. حدود پنج سال پیش، آزمایشگاه او شروع به مطالعه مدارهای عصبی تولید رفتارهای حرکتی مانند خزیدن و پرواز کرد.

چنین تحقیقاتی، به دلیل اینکه شبکه های عصبی خاصی درک می شوند، می توانند به بهبود دقت پروتز های انسانی کمک کنند. او همچنین می تواند با رباتیک تغذیه کند، پاسخ های متضاد دقیق را برای کنترل ربات های جستجوی بمبگذاری فراهم کند یا به راننده ها کمک کند تا سطوح روی سیارات دیگر را بررسی کنند.

علاوه بر Doe، اعضای تیم Arnaldo Carreira-Rosario، Aref Arzan Zarin، Matthew Q. Clark و Laurina Manning، همه UO و ریچارد Fetter و Albert Cardona، هر دو از Campus Research Janelia HHMI بودند.

HHMI و مؤسسات ملی کمک های بهداشتی در ابتدا این پژوهش را تامین مالی کردند. فستیوال توسعه فیزیولوژی پورتر در سال 2015 از انجمن فیزیولوژیک آمریکا نیز به کلارک اعطا شد.