Новое исследование проливает свет на истоки социального поведения

Самцы плодовых мушек обычно недолюбливают друг друга. В социальном плане они отвергают своих собратьев и сосредотачиваются на самках, которых распознают с помощью химических рецепторов — или так думали учёные.

Новое исследование биологов из Корнеллского университета предполагает, что в социальном поведении плодовой мушки глубоко задействована не только хемосенсорная, но и зрительная система. Работа проливает свет на возможное происхождение различий в социальном поведении человека, например, наблюдаемых у людей с биполярным расстройством и аутизмом.

Статья опубликована в Current Biology.

Многие виды животных используют зрение для регуляции социального поведения, но лежащие в основе механизмы в значительной степени неизвестны. Считалось, что у плодовых мушек зрение используется исключительно для обнаружения и отслеживания движения, а не для регуляции социального поведения, но исследователи обнаружили, что это может быть не так.

«В нашем исследовании мы обнаружили, что гиперактивация зрительной системы преодолевает торможение, генерируемое химическими сигналами, которые испускает самец мухи, чтобы сказать другому самцу: "Я тоже самец, не связывайся со мной"», — сказала старший автор Нилай Япичи. — «Удивительно, но увеличение "усиления" в зрительной системе мозга каким-то образом подавляет хемосенсорное торможение, привлекая самцов к другим самцам».

Исследователи выяснили, что изменение сигналинга через рецептор GABAA и белок GABARAP в зрительных нейронах обратной связи в мозге самца влияет на социальное торможение мух. Когда экспрессию GABARAP в зрительной системе подавляют (knock down), самцы неожиданно демонстрируют усиленное ухаживание за другими самцами.

Учёные обнаружили, что зрительными нейронами мухи управляют гены, схожие с теми, что есть в мозге человека. Снижение сигналинга GABA в человеческом мозге ассоциировано с чертами социальной отстранённости при таких состояниях, как аутизм и шизофрения.

«Наши результаты открывают многообещающий путь для изучения того, как эти белки регулируют социальное поведение в мозге млекопитающих и их потенциальный вклад в психические состояния человека», — сказал ведущий автор Юта Мабучи.

Поскольку мозг мухи намного меньше человеческого (всего 150 000 нейронов), исследователям удалось идентифицировать конкретный зрительный нейрон, меняющий поведение мухи, и проследить его связь с центральными контурами (circuits), регулирующими социальное поведение.

Чтобы найти ген, исследователи провели полногеномный РНК-скрининг, "выключая" (knocking out) каждый из генов в мозге мухи, чтобы увидеть его влияние на социальное поведение. Ген GABARAP выделился из-за своего удивительного воздействия на социальные взаимодействия самца, хотя потребовалось два года кропотливой работы, прежде чем Мабучи смог определить, какие именно нейроны необходимы для регуляции поведения самца с помощью GABARAP.

Затем Мабучи использовал двухфотонную микроскопию, чтобы проследить затронутые геном нейроны и идентифицировать всю цепь. В общей сложности, по словам Япичи, Мабучи потребовалось почти шесть лет «элегантных экспериментов», чтобы раскрыть весь механизм.

«Наша лаборатория изучает, как поведение генерируется и регулируется в мозге на уровне генов и нейронных цепей, — сказала Япичи. — Мы в основном изучаем врождённое поведение мух, чтобы исследовать, как животное рождается со способностью выполнять определённые, невыученные действия, и пытаемся понять, как нейронные цепи и генетические механизмы регулируют это поведение».