Биологи определили фундаментальные механизмы обработки зрительной информации у плодовых мух.
Великолепная способность насекомых определять цвет и различать, например, цветы, имеет решающее значение для функционирования многих экосистем. Однако ученые до сих пор не знают, как крошечный мозг насекомых выполняет сложную задачу цветового зрения . Команда доктора Кристофера Шнайтмана и профессора доктора Дирка Райффа из Института биологии I на факультете биологии Фрайбургского университета представила новые идеи в научном журнале Current Biology .
Так называемая обработка оппонентов цвета является фундаментальной для цветового зрения у позвоночных, включая человека. Он позволяет возбуждать специализированные нервные клетки светом определенных длин волн и подавлять их светом других длин волн. Такие нейроны-оппоненты цвета гарантируют важное преимущество: обнаружение спектрального контраста в визуальной сцене, которая не включает никаких различий в яркости. Поведенческие эксперименты и довольно редкие электрофизиологические записи, в основном в головном мозге пчел, с течением времени показали, что аналогичные механизмы действуют в мозге насекомых. Фактически, в более раннем исследовании исследователи из Фрайбурга показали, что первые вычисления оппонентов цвета уже происходят в синаптических окончаниях самих фоторецепторных клеток.
Команда Фрайбурга, прежде всего первый автор исследования Мануэль Паньи, теперь преуспела в детальном понимании идентичности и функции нижележащих нервных клеток и нейронных цепей. В качестве модельного организма они использовали плодовых мушек (Drosophila melanogaster).и использовали оптическую записывающую технику функциональной 2-фотонной лазерной сканирующей микроскопии в сочетании с генетическими методами для продолжения своих исследований. Исследователи обнаружили, что определенные нейроны, а именно нейроны типа Dm8, возбуждаются светом в диапазоне длин волн от синего до зеленого и подавляются светом в ультрафиолетовом диапазоне. Вопреки предыдущим предположениям, эти нейроны получают противоположные сигналы от всех пяти основных классов фоторецепторов в глазу дрозофилы. Помимо адаптаций, специфичных для видов и насекомых, эти данные показывают, что фундаментальные принципы обработки нейронной информации, лежащие в основе определения цвета, разделяют мухи и высшие позвоночные.
Когда команда более внимательно изучила задействованные нейроны и цепи, они обнаружили новые удивительные результаты. Класс фоторецепторов, который чувствителен преимущественно к синему и зеленому диапазону длин волн, передает свою информацию через неизвестный сигнальный механизм, который еще предстоит изучить. Кроме того, ученые обнаружили, что нейронные элементы, ранее приписываемые исключительно системе движения зрения, передают сигналы от фоторецепторов с очень широкой спектральной чувствительностью к нейронам Dm8.. Это неожиданное открытие, как объясняет Паньи, показывает, что нейронные цепи цветового и двигательного зрения пересекаются и взаимодействуют гораздо больше, чем считалось ранее. «Последующие исследования могут дать новое и неожиданное представление о функциях мозга насекомых».