Различать запахи насекомым помогают нейронные "когти"

Плодовые мушки без труда могут различать запахи цитрусовых

(фото Wikimedia Commons).

Пунктирными линиями обведены "когти" клетки Кеньона в мозге плодовой мушки дрозофилы

(фото Turner Lab, Cold Spring Harbor Laboratory).

Отличить запах шоколада от запаха лимона несложно. Первый из них тёплый и сладкий, а второй отдаёт свежестью, лёгкой горечью и кислинкой. Но как различить запахи лимона и апельсина? И тот, и другой кисловатые, поскольку имеют много общих химических соединений. Учёные решили разобраться в том, как насекомые различают ароматы, ведь эта способность чрезвычайно важна для их выживания.

За дело взялась команда нейробиологов из Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (CSHL). Они провели эксперимент на плодовых мушках дрозофилах чтобы узнать, как их мозг интегрирует несколько сигналов для идентификации одного конкретного запаха.

Обонятельная система плодовой мушки в своей основе похожа на человеческую, где каждая группа сенсорных нейронов отвечает за реакцию на специфические химические соединения. Эти клетки мозга передают сигналы другой группе клеток, называемой проекционными нейронами. Затем сигнал преобразуется в особых нервных клетках, называемых клетками Кеньона.

Плодовые мушки без труда могут различать запахи цитрусовых (фото Wikimedia Commons).

Эти самые клетки Кеньона имеют в своей структуре длинные выступы, похожие на когти. Каждый такой выступ оборачивается вокруг одного проекционного нейрона и пропускает только один тип входящих сигналов. Помимо странной структуры, клетки Кеньона отличаются особой избирательностью, то есть активны они далеко не всё время. Учёные долгое время пытались понять, что же всё-таки заставляет их "включиться".

Ведущий автор нынешнего исследования Эяль Грантман (Eyal Gruntman) и заведующий лабораторией Гленн Тёрнер (Glenn Turner) использовали новейшую технологию микроскопии для изучения того, как отреагирует единичная клетка Кеньона на сигнал сразу с нескольких "когтей". Так учёные обнаружили, что каждый "коготь" в каждой клетке Кеньона, реагирует на различные химические вещества.

Пунктирными линиями обведены "когти" клетки Кеньона в мозге плодовой мушки дрозофилы (фото Turner Lab, Cold Spring Harbor Laboratory).

В ходе второго этапа эксперимента Грантман и Тёрнер стимулировали отдельные нейроны светом (эта область науки именуется оптогенетикой). Результаты опыта показали, что отдельные клетки Кеньона активизируются лишь в том случае, когда стимулируются сразу несколько их "когтей". Поэтому они и включаются так редко.

Данное исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Nature Neuroscience, объясняет, как отдельные клетки Кеньона могут интегрировать множественные сигналы в мозге, чтобы он запомнил химическую смесь (коей и являются практически все запахи), как единый уникальный аромат.

В своём следующем исследовании учёные попытаются определить, как происходит связь между определёнными "когтями". Это даст ответ на вопрос, как мозг учится связывать некоторые сочетания химических веществ с запахами. По словам Тёрнера, всё это — лишь попытка понять, как меняется структура мозга, когда он чему-то обучается.

Также по теме:
Энтомологи открыли у мух необычную связь между нейронами
Теория квантовой природы запаха получила новое подтверждение
Люди чувствуют всего 10 запахов
Птицы определяют родственников по запаху
Морские зайцы лишают хищников обоняния
Генетически модифицированные комары потеряли вкус к людям