Запахи кодируются кольцами в мозге перелётной саранчи

В исследовании, опубликованном в журнале Cell, команда учёных из Института химической экологии Макса Планка (Йена, Германия) впервые описала, как запахи кодируются в антеннальной доле — обонятельном центре мозга перелётной саранчи.

Используя трансгенных саранчовых и методы визуализации, исследователи смогли показать кольцеобразное представление запахов в мозге. Паттерн обонятельного кодирования в антеннальной доле одинаков на всех стадиях развития саранчи. Лучшее понимание этого кодирования должно помочь узнать больше о том, как контролируется поведение этих насекомых, особенно их скучивание в стаи.

Уникальное строение обонятельного мозга

Перелётная саранча Locusta migratoria отличается от других насекомых анатомическим строением своего обонятельного мозга. Её антеннальная доля имеет уникальную архитектуру с более чем 2000 сферических функциональных обонятельных единиц — гломерул, тогда как у большинства других насекомых их всего от 20 до 300.

Методологический прорыв с CRISPR/Cas9

Внедрение метода CRISPR/Cas9 позволило создать первых трансгенных саранчовых, экспрессирующих генетически закодированный кальциевый сенсор GCaMP в обонятельных сенсорных нейронах. Этот белок флуоресцирует при связывании кальция, который высвобождается в клетках при их активности.

С помощью функциональной 2-фотонной кальциевой визуализации учёные смогли измерить и картировать пространственные паттерны активации для широкого спектра экологически значимых запахов на всех шести стадиях развития саранчи.

Кольцевая организация и её значение

Результаты выявили необычную функциональную кольцевидную организацию антеннальной доли, состоящую из специфических кластеров гломерул. Это расположение, которое удалось подтвердить целевой генетической экспрессией хорошо охарактеризованного обонятельного рецептора, присутствует на протяжении всего развития.

Пространственное кодирование запахов отражает их химическую структуру, а не валентность (приятный или отталкивающий), в отличие, например, от мух. Учёные заключают, что представление валентности запаха кодируется не в антеннальной доле, а в высших мозговых центрах.

Перспективы исследований

Кольцевая структура обонятельного кода — уникальная анатомическая особенность перелётной саранчи. Учёные задаются вопросом, является ли эта структура менее удачной альтернативой или более эффективным решением по сравнению с организацией у мух.

Более глубокое понимание механизмов обонятельного кодирования в мозге саранчи, как полагают исследователи, значительно углубит знания о нейронной модуляции, лежащей в основе обонятельно-опосредованного поведения, такого как формирование стай. Это может помочь оптимизировать контроль над этим опасным вредителем сельскохозяйственных культур.