Как насекомые различают цвета

Биологи выявили фундаментальные механизмы обработки зрительной информации у плодовых мушек.

Способность насекомых различать цвета, например, для идентификации цветов, критически важна для функционирования многих экосистем. Однако до сих пор было неизвестно, как эта сложная задача выполняется крошечным мозгом насекомых. Команда доктора Кристофера Шнайтманна и профессора Дирка Райффа из Института биологии I Университета Фрайбурга представила новые данные в журнале Current Biology.

Так называемое оппонентное цветовое кодирование является основой цветового зрения у позвоночных, включая человека. Оно позволяет специализированным нервным клеткам возбуждаться светом одних длин волн и тормозиться светом других. Такие нейроны обеспечивают ключевое преимущество — обнаружение спектрального контраста в зрительной сцене без различий в яркости. Поведенческие эксперименты и редкие электрофизиологические записи, в основном в мозге пчел, давно предполагали наличие подобных механизмов у насекомых. Более раннее исследование фрайбургской группы показало, что первые оппонентные вычисления происходят уже в синаптических окончаниях самих фоторецепторных клеток.

Теперь команде, в первую очередь первому автору исследования Мануэлю Паньи, удалось получить детальное представление о нижележащих нервных клетках и нейронных цепях. В качестве модельного организма использовались плодовые мушки (Drosophila melanogaster), а методом исследования — функциональная 2-фотонная лазерная сканирующая микроскопия в сочетании с генетическими методами.

Ключевые открытия:

• Нейроны типа Dm8 возбуждаются светом в сине-зеленом диапазоне и тормозятся ультрафиолетовым светом.
• Вопреки прежним представлениям, эти нейроны получают противоположные сигналы от всех пяти основных классов фоторецепторов в глазу дрозофилы.
• Данные показывают, что фундаментальные принципы нейронной обработки информации для различения цветов общие для мух и высших позвоночных, несмотря на видовые адаптации.

Неожиданные результаты:

1. Класс фоторецепторов, чувствительных в основном к синему и зеленому свету, передает информацию через неизвестный сигнальный механизм, который еще предстоит изучить.
2. Нейронные элементы, ранее считавшиеся исключительно частью системы зрения движения, передают сигналы от фоторецепторов с очень широкой спектральной чувствительностью к нейронам Dm8.

Это неожиданное открытие, как поясняет Паньи, показывает, что нейронные цепи цветового зрения и зрения движения пересекаются и взаимодействуют гораздо сильнее, чем считалось ранее. Последующие исследования могут дать новые и неожиданные представления о функционировании мозга насекомых.