Исследование, проведенное Колумбийским университетом на плодовых мухах, выявило серотонин как химическое вещество, которое запускает реакцию испуга в организме, автоматический рефлекс оленя в свете фар, который мгновенно замораживает тело в ответ на потенциальную угрозу. Сегодняшнее исследование показывает, что когда муха испытывает неожиданные изменения в своем окружении, такие как внезапная вибрация, высвобождение серотонина помогает буквально и временно остановить муху на ее пути.
Эти результаты, опубликованные в журнале Current Biology, дают широкое представление о биологии реакции испуга-вездесущего, но загадочного явления, которое наблюдалось практически у всех животных, изученных на сегодняшний день, от мух до рыб и людей.
"Представьте, что вы сидите в своей гостиной с семьей и внезапно свет гаснет, или земля начинает трястись", - сказал Ричард Манн, доктор философии, главный исследователь Колумбийского института психического поведения Мортимера Б. Цукермана и старший автор статьи. - Ваша реакция и реакция вашей семьи будут одинаковыми: вы остановитесь, замерзнете, а затем переместитесь в безопасное место. С помощью этого исследования мы показываем на мухах, что быстрое высвобождение химического серотонина в их нервной системе приводит к первоначальному замораживанию. И поскольку серотонин также присутствует у людей, эти результаты проливают свет на то, что может происходить, когда мы также поражаемся."
В мозге серотонин наиболее тесно связан с регулированием настроения и эмоций. Но предыдущие исследования на мухах и позвоночных показали, что он также может влиять на скорость движения животного. Первоначальная цель колумбийских исследователей состояла в том, чтобы более полно понять, как химическое вещество достигло этого.
Команда сначала проанализировала шаги плодовой мухи с помощью FlyWalker, аппарата, разработанного доктором Манном и Колумбийским физиком Сабольцем маркой, PhD, чтобы отслеживать шаги насекомого на специальном типе стекла. После наблюдения за тем, как мухи двигались, ученые манипулировали уровнями серотонина-и другого химического вещества, называемого дофамином-в вентральном нервном мозге мухи (ВНС), который аналогичен спинному мозгу позвоночных.
Их первоначальные результаты показали, что активация нейронов, которые производят серотонин в VNC замедляет мух вниз, в то время как глушение тех же нейронов ускоряет мух вверх. Дополнительные эксперименты показали, что уровень серотонина может влиять на скорость ходьбы насекомых в самых разных условиях, включая различные температуры, когда мухи голодны или когда они ходят вверх ногами, все ситуации, которые обычно влияют на скорость ходьбы.
"Мы стали свидетелями самых больших эффектов серотонина, когда мухи испытали быстрые изменения окружающей среды", - сказала Клэр Ховард, доктор философии, первый автор статьи. "Другими словами, когда они были поражены."
Чтобы продолжить исследование, исследовательская группа разработала два сценария, чтобы вызвать реакцию испуга мухи. В первом они выключили свет: полное затемнение для насекомых. Во-вторых, они имитировали землетрясение.
Для достижения этой цели ученые сотрудничали с Таней Табачник, директором отдела современного приборостроения Колумбийского Института Цукермана. Команда машинистов и инженеров Табачника работает с учеными, чтобы спроектировать и построить индивидуальные системы для их исследований. Для этого исследования они создали миниатюрную арену размером с муху, расположенную на специализированных вибрирующих двигателях. Регулировка силы двигателей произвела желаемый эффект землетрясения. Когда исследователи подвергали мух воздействию сценариев затемнения или землетрясения, они также манипулировали способностью мухи вырабатывать серотонин.
"Мы обнаружили, что когда муха испугана в этих сценариях, серотонин действует как аварийный тормоз; его высвобождение необходимо для того, чтобы они замерзли, и что часть этой реакции может быть результатом жесткости обеих сторон суставов ног животного", - сказал доктор Манн, который также является профессором биохимии и молекулярной биофизики Хиггинса (в системной биологии) в Колумбийском колледже врачей и хирургов Вагелоса. "Это совместное сокращение может вызвать краткую паузу в ходьбе, после чего насекомое начинает двигаться."
"Мы считаем, что эта пауза важна, - добавил доктор Говард, - она может позволить нервной системе мухи собрать информацию об этом внезапном изменении и решить, как она должна реагировать."
Интересно, что хотя реакция мухи в обоих сценариях должна была вызвать немедленную паузу, их последующие скорости ходьбы значительно отличались.
"После того, как он был поражен в сценарии затемнения, походка Мухи была медленной и преднамеренной", - сказал доктор Говард. - Но землетрясение заставило мух идти быстрее после первой паузы."
Хотя эти данные характерны для плодовых мушек, повсеместное распространение серотонина и реакция испуга дают ключ к пониманию химических и молекулярных процессов, которые происходят, когда более сложные животные, включая людей, пугаются.
Продвигаясь вперед, исследователи надеются продолжить изучение роли серотонина в движении, а также того, какие другие факторы могут играть роль.
"Наши результаты показывают, что серотонин имеет потенциал для взаимодействия со многими различными типами нервных клеток в нервной системе мухи, такими как те, которые направляют движение и обрабатывают сенсорную информацию", - сказал доктор Манн. "По мере того, как мы и другие продолжаем исследования, мы надеемся разработать детальный молекулярный план движения, который может быть широко применен к другим животным, возможно, даже к людям."
Почему мы замерзаем при испуге? Новое исследование на мухах указывает на серотонин
22 декабря 201922 дек 2019
3
4 мин
