Реакция нервов червя на хорошие и плохие стимулы

Исследователи из Университета Нагои и их коллеги раскрыли нервную схему, регулирующую реакцию крошечного почвенного червя на изменение температуры. Результаты, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, помогают прояснить один из способов, с помощью которого нервная система преобразует внешние сигналы в поведение.

Один из фундаментальных вопросов нейробиологии: как мозг определяет, является ли внешний стимул хорошим или плохим? Поведение животных зависит от этой способности. Например, запах хищника вызывает реакцию страха, а запах потенциального партнера — брачное поведение.

Нематода Caenorhabditis elegans длиной около одного миллиметра живет в почве и питается микробами. Она часто используется в качестве модельного организма в различных областях биологии, таких как развитие, нейробиология и старение.

Обычно лабораторная C. elegans перемещается в сторону более низкой температуры, если ее поместить в среду, более теплую, чем та, в которой ее культивировали, и наоборот. Молекулярные нейробиологи Шунджи Накано и Икуэ Мори из Университета Нагои и их коллеги хотели понять молекулярные и неврологические основы этого поведения.

Используя генетические и визуализационные инструменты, ученые обнаружили, что нервная клетка червей, чувствительная к температуре, называемая AFD, передает сигналы, которые активируют или подавляют принимающую нервную клетку AIY.

Ученые подвергали свободно движущихся червей либо хорошему, либо плохому внешнему температурному стимулу. Первый «хороший» сигнал начинался ниже температуры культивирования червей и постепенно повышался до нее. Другой «плохой» сигнал начинался при температуре культивирования и постепенно повышался выше нее.

AFD активировалась обоими сигналами потепления. Но затем она посылала стимулирующие молекулы к AIY в случае хорошего сигнала и подавляющие — во время плохого. Результат показывает, как одна и та же нервная клетка может посылать сигналы, передающие противоположные сообщения.

Генетические исследования дополнительно выявили три специфических гена, а также кодируемые ими ферменты и белки, участвующие в этой реакции: kin-4, mec-2 и dgk-1. «Эти три гена эволюционно консервативны у млекопитающих, включая человека, — говорит Накано. — Следовательно, аналогичный механизм может присутствовать в нервных системах высших организмов».

Команда планирует далее идентифицировать другие стимулы, вызывающие аналогичные нейронные реакции у C. elegans.