Учёные обнаружили, что личинки дрозофилы могут чувствовать электрические поля
Электрорецепция — способность ощущать электрические поля — распространена в животном мире (акулы, пчёлы, утконос). Учёные из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре под руководством Матьё Луи обнаружили, что личинки плодовой мушки Drosophila также обладают этим чувством. Они ориентируются по электрическому полю и движутся к отрицательному потенциалу с помощью небольшой группы сенсорных нейронов в голове.
Исследование, опубликованное в Current Biology, открывает новые возможности, поскольку дрозофила — ключевой модельный организм в генетике, нейробиологии и биологии старения.
Открытие «шестого чувства»
Используя стандартный метод гель-электрофореза, учёные поместили личинку в электрическое поле. Личинка переориентировалась и начала двигаться к отрицательному электроду.
Чтобы найти ответственные нейроны, команда использовала ген GAL4 для экспрессии модифицированной формы токсина столбняка, который блокировал коммуникацию в определённых нейронах. Методом исключения они локализовали ключевые нейроны по бокам головы личинки, в области, связанной с обонянием и вкусом.
Вставив ген флуоресцентного белка, активирующегося при работе нейрона, исследователи подтвердили реакцию в реальном времени. На электрическое поле реагировал один конкретный нейрон в кластере: он подавлялся, когда электрод был впереди головы, и активировался, когда электрод был сзади, что заставляло личинку разворачиваться.
Устранение неопределённостей
Работа над проектом заняла более 15 лет. Основная сложность заключалась в отделении реакции на электрическое поле от реакции на сопутствующие факторы: электрический ток, градиент кислотности (pH) или температуры.
С помощью моделирования, выполненного инженерами, команда смогла изменить толщину агаровой среды, чтобы варьировать поле, не меняя ток. Эксперименты подтвердили, что личинки реагируют именно на электрическое поле, а не на ток, и определяют его силу и ориентацию с помощью нейронов головы.
Возможные причины адаптации
Авторы выдвигают гипотезы, зачем личинкам электрорецепция:
- Навигация в гниющем фрукте: за несколько дней развития личинке нужно найти области с более мягкой мякотью, большим содержанием сахара и меньшим — алкоголя. Процесс брожения может создавать электрический градиент.
- Избегание хищников: летающие насекомые (например, паразитоидные осы) несут положительный заряд. Избегание положительного заряда может быть адаптацией для выживания (осы могут уничтожить до 90% личинок).
Новые вопросы и возможности
- В большинстве изученных животных электрорецепция основана на механосенсорных структурах (например, движение волосков в поле). У личинок дрозофилы нейроны, по-видимому, реагируют на поле напрямую, что требует дальнейшего изучения.
- Эти нейроны также экспрессируют ген, делающий их чувствительными к горькому вкусу. Возможно, положительный полюс электрического поля вызывает у личинок ощущение, схожее с горьким вкусом.
- Открытие позволяет изучать генетическую основу электрорецепции на удобном модельном организме.
- Понимание того, как клетки движутся в электрических полях (важно для заживления ран), может получить новое развитие.
- В перспективе это может привести к новым инструментам в биоинженерии, например, к методам дистанционного управления активностью клеток с помощью внешних электрических полей, что менее инвазивно, чем современные оптогенетические подходы.