Мухи обрабатывают привлекательные и отпугивающие запахи в разных областях мозга

Исследователи из Института химической экологии Макса Планка (Йена, Германия) совместно с коллегами из Португалии и Испании разработали установку Flywalk. Она автоматически подает запахи в поток воздуха, одновременно фиксируя и анализируя поведение насекомых. Система состоит из стеклянных трубок, регуляторов воздушного потока и видеокамеры. Она позволяет одновременно тестировать реакции 15 мух на до восьми различных запахов.

• Принцип работы: Если насекомые движутся против потока воздуха (навстречу запаху), он считается привлекательным; если останавливаются или движутся по потоку — отпугивающим. Система позволяет использовать как отдельные одоранты, так и их смеси, с разной длительностью и концентрацией импульсов. Высокая пропускная способность и длительные автоматизированные измерения (до 8 часов) облегчают статистический анализ.

Результаты экспериментов с плодовыми мушками (Drosophila):

• Различия между полами: Самки, в отличие от самцов, сильнее привлекались типичными пищевыми запахами, такими как этилацетат. Это поведение, вероятно, отражает поиск лучшего места для откладки яиц, чтобы обеспечить личинок пищей. Реакция на отпугивающие запахи (например, бензальдегид) была одинаковой у обоих полов.
• Половые феромоны: Самцы положительно реагировали на запах неспарившихся самок, двигаясь навстречу потоку. Это впервые показало, что самки мух, как и у других видов насекомых, привлекают партнеров запахами. Химия этих веществ сейчас изучается.
• Метка спаривания: Вещество, делающее спарившихся самок непривлекательными для самцов, уже известно — цис-вацценилацетат. Самец метит им самку во время копуляции, предотвращая дальнейшее оплодотворение другими самцами и обеспечивая распространение своих генов.

Исследование мозга (опубликовано в Cell Reports):

Ученые изучили активность проекционных нейронов в антеннальной доле (обонятельном центре) мух в ответ на шесть высокопривлекательных и шесть сильноотпугивающих запахов (отобранных из 110 протестированных соединений). Оказалось, что привлекательные и отпугивающие запахи обрабатываются в специфических областях мозга мух, что ранее было показано для мышей и людей.

«Функция мозга насекомого thus напоминает функцию мозга млекопитающих больше, чем считалось ранее», — пишут исследователи.

Поскольку активность проекционных нейронов уже отражает «интерпретацию» поступающих сигналов, оценка «хорошо» или «плохо», регулирующая поведение, формируется на ранних этапах обработки в мозге насекомых.

Сравнение с другими видами:

• Полифаги (всеядные вредители): У совок Spodoptera littoralis и S. exigua (повреждают >100 родов растений) нейроны реагировали очень специфично на отдельные растительные запахи, что соответствует необходимости точно идентифицировать вид растения.
• Олигофаги (специалисты): У специализированных видов бабочек (Acherontia atropos, Smerinthus ocellata, Manduca sexta) разные запахи часто вызывали сходные или идентичные паттерны возбуждения в мозге, что отражает их узкую специализацию на нескольких растениях-хозяевах.