Как плодовые мушки едят для удовольствия и по необходимости
Исследователи начали изучать нейронную активность, лежащую в основе пищевого поведения плодовых мушек, чтобы лучше понять мотивы, которые им движут.
Их исследование, опубликованное в качестве рецензируемой препринт-версии в eLife, предоставляет, по мнению редакции, убедительные доказательства того, что плодовые мушки, как и люди, могут есть как для удовольствия, так и по необходимости. Оно также предлагает основу для дальнейшего изучения нейронных механизмов, стоящих за этими пищевыми драйвами.
Голод могут генерировать два драйва: необходимость потреблять питательные вещества и удовольствие от определённой пищи. Десятилетия исследований предоставили подробную информацию о нейронных цепях и механизмах, контролирующих пищевое поведение, но оставалось неясно, какие из них способствуют формированию разных мотиваций к еде.
«Чтобы лучше понять мотивацию, стоящую за питанием, нам нужны новые и дополнительные методы, чтобы исследовать, когда и в какой степени животные могут испытывать разные типы голода», — говорит первый автор Кристина Уивер, аспирант лаборатории старшего автора Скотта Плетчера в Мичиганском университете.
Чтобы восполнить этот пробел, Уивер и коллеги начали с определения пищевого поведения плодовой мушки Drosophila melanogaster в разных состояниях голода. Они помещали свободно движущихся мух в камеры системы Fly Liquid Interaction Counter, которая позволяет непрерывно записывать взаимодействие отдельных мух с пищей.
Исследователи создали библиотеку поведений, описывающих, что делают мушки, когда едят, и классифицировали их на четыре категории: длительные кормления, быстрые кормления, взаимодействия и прочие.
Затем команда разработала два типа сред с выбором пищи: одну для наблюдения за питанием, движимым необходимостью, и другую — для питания, движимого удовольствием.
Питание по необходимости измерялось степенью предпочтения мухами пищи, содержащей дрожжи, перед пищей, состоящей только из сахарозы (2%). Оказалось, что голодные самки мух имеют большее предпочтение к дрожжам по сравнению с сытыми самками. Это подтвердило, что общее количество кормлений дрожжами против сахарозы можно использовать как меру голода, движимого необходимостью.
Питание для удовольствия измерялось в среде, где сытым мушкам предлагался выбор между пищей с дрожжами и более сладкой пищей с 20% сахарозы (вместо 2%). И самки, и самцы мух в этой среде проводили значительно больше времени, взаимодействуя с «приятной» 20% сахарозой. Эти наблюдения, вместе с анализом микроповедения при кормлении, позволяют предположить, что мушки могут испытывать как драйв, основанный на удовольствии, так и на необходимости.
Далее команда провела визуализацию активности мозга мух в среде с 20% сахарозой и обнаружила, что этой средой активировались специфические доли области, называемой грибовидным телом. Поскольку грибовидное тело получает сигналы от дофаминергических нейронов, которые, как считается, участвуют в подкреплении от пищи, эти находки подтверждают предыдущие знания о его роли в пищевой мотивации и системе вознаграждения.
«Мы определили состояния голода, движимого удовольствием и необходимостью, у мух и разработали эффективную систему классификации поведения, чтобы помочь их измерить», — говорит Уивер. «Вместе эта работа предлагает основу для нас и других, чтобы начать изучать молекулярные и нейронные механизмы, которые генерируют эти мотивационные состояния в мозге».
Одним из ограничений исследования является то, что большая часть данных о питании собирается на основе взаимодействия отдельных мух с источником пищи, определяемым как физический контакт с пищей в течение определённого времени. Несмотря на это, дебаты о питании, движимом удовольствием, у плодовых мушек продолжаются и остаются спорными.
«Наша работа даёт отправную точку для открытия новых нейронных цепей голода, движимого необходимостью и удовольствием, у мух и для более детального изучения механистических взаимосвязей между ними», — заключает старший автор Скотт Плетчер. — «В будущем перевод находок о природе пищевых драйвов и взаимосвязях между ними может иметь далеко идущие последствия для исследований в таких областях, как старение и ожирение, а также другие поведения, на которые влияют мотивационные драйвы».