Мушиная «Матрица» помогла найти систему навигации по запахам у дрозофил

Мозг размером с булавочную головку оказался способен запоминать путь к запаху.

Плодовые мушки способны не просто реагировать на запах, а запоминать его положение и использовать эту информацию для навигации. К такому выводу пришла команда нейробиолога Ванессы Руты из Рокфеллеровского университета.

Ранее биологи объясняли навигацию мушек моделью «рывка и поиска». Предполагалось, что, почувствовав запах, насекомое автоматически движется против ветра, а после потери «сигнала» начинает перемещаться из стороны в сторону.

Новое исследование показало, что мозг дрозофилы размером с булавочную головку создает своеобразную пространственную «метку» и помогает насекомому возвращаться к запаховому следу даже после его исчезновения.

Чтобы проследить за поведением дрозофил, ученые создали для них систему виртуальной реальности. Мушку фиксировали над небольшим шаром на воздушной подушке, движения по его поверхности позволяли насекомому перемещаться по виртуальному пространству.

На антенны подавался постоянный поток воздуха, а запах яблочного уксуса включался и выключался в зависимости от виртуального положения мушки. Так исследователи могли точно контролировать направление и интенсивность химического сигнала.

Эксперименты показали, что в коридоре запаха шириной около 50 миллиметров мушки не двигались по центру, а держались возле одной из его границ. Попав внутрь пахнущей области, они быстро выходили обратно, совершали петлю в чистом воздухе и затем снова возвращались к краю.

Главное открытие произошло после полного отключения запаха. Если мушка в этот момент находилась за пределами шлейфа, то она продолжала двигаться туда, где прежде проходила его граница.

Исследователи обнаружили, что нейроны работали как внутренний компас и сохраняли ориентацию относительно ветра, а клетки веерообразного тела кодировали предполагаемое местоположение края запахового следа. Подавление активности любой из этих систем нарушало способность дрозофил возвращаться к цели.

Моделирование показало, что особенно важна память об угле, под которым мушка в последний раз вошла в запаховый шлейф. Это подтвердилось и в опытах: когда направление шлейфа меняли, насекомые сначала продолжали искать старую границу, но всего одной встречи с запахом в правильном направлении оказалось достаточно, чтобы они начинали следовать по верному маршруту.

Скорее всего, считают ученые, память и рефлексы у дрозофил могут дополнять друг друга. Возле источника, где запаховый шлейф остается стабильным, муха может ориентироваться по сохраненной «метке»; дальше по ветру поток распадается на хаотичные фрагменты и насекомое переключается на более простые стратегии.

Исследователи полагают, что изучение дрозофил поможет разобраться в фундаментальном механизме превращения кратковременных сенсорных сигналов в пространственные «метки», присущем и животным с гораздо более сложным мозгом.