Российские и зарубежные ученые получили первую реконструкцию зрительной системы миниатюрных паразитических наездников — Megaphragma viggianii — в высоком разрешении. Результаты показали, что у этих насекомых зрительная система значительно упрощена по сравнению с более крупными — медоносными пчелами и плодовыми мушками. Полученная реконструкция позволила определить наиболее важные части для визуальной обработки, что облегчит построение моделей зрительных систем для других насекомых. Исследование опубликовано в журнале Current Biology.
Фото: Анастасия Макарова, биологический факультет МГУ
Изучение нервной системы насекомых всегда привлекало особый интерес. Несмотря на их относительно малые размеры и простое строение, они способны к сложному поведению. Обычно подобные работы проводятся на Drosophila sp. — плодовых мушках. Однако они не всегда подходят для исследований. В частности, при подготовке образцов необходимо удалить двигательную и сенсорную периферии — совокупности нейронов, рецепторов и других структур, участвующих в движении и передаче сенсорной информации в ЦНС соответственно. Из-за этого затрудняется процесс получения полного коннектома. Коннектом — описание структуры связей в нервной системе организма.
Российские и зарубежные ученые получили полную модель связи фоторецепторов глаза с первым зрительным нейропилем, ламиной (место первичной обработки зрительной информации) взрослого насекомого. В качестве объекта исследований они использовалиMegaphragma viggianii — паразитических наездников. Это миниатюрные насекомые длиной всего около 200 микрометров (0,2 миллиметра). Столь малые размеры тела значительно сокращают время сканирования образцов и последующую постобработку, а стереотипность связей и сходство с пчелой и дрозофилой существенно облегчают реконструкцию коннектома. Все это делает Megaphragma удобными объектами для полноорганизменной коннектомики. Кроме того, Megaphragma уникальна еще и строением своей нервной системы: более 90% нейронов взрослого насекомого лишены ядер.
Ученые получили серию снимков головы Megaphragma в высоком разрешении на двухлучевом сканирующем ионно-электронном микроскопе, в результате чего смогли реконструировать не только нейронные связи в зрительных долях мозга насекомого, но и проанализировать оптику сложных глаз.
Строение зрительной системы биологи сравнивали с таковым у плодовых мушек и медоносных пчел, имеющих бо́льшие размеры. Ученые выявили отличия, связанные с миниатюризацией: значительное снижение числа омматидиев (структурных единиц фасеточного глаза насекомых), меньший размер нейронов, отсутствие некоторых типов клеток. Наряду с общим упрощением строения исследователи обнаружили специализацию отдельной группы омматидиев к восприятию поляризационного света и подтвердили это на уровне связей между нейронами.
«Несмотря на то что зрительная система Megaphragma viggianii значительно упрощена, строение ее все же во многом поразительно схоже с таковым у дрозофилы и пчелы. Полученные нами данные показывают, что нейроны мозга теряют свои ядра не случайно, а строго исходя из функций клеток в коннектоме. Поэтому правильнее говорить не об упрощении строения, а об оптимизации. Попробую немного перефразировать слова Сантьяго Рамон-и-Кахаля и Доминго Санчеса, основоположников нейробиологии: если сравнивать строение мозга и когнитивные способности позвоночных с таковыми у насекомых, то последние покажутся нам чем-то чрезмерно грубым и рудиментарным. Это как если бы мы пытались уравнять достоинства настенных часов с достоинствами карманных, чуда утонченности, деликатности и точности. Так и природа, строя свои знаменательные произведения, блистает в малом гораздо больше, чем в большом», — прокомментировала Анастасия Макарова, одна из авторов исследования, старший научный сотрудник кафедры энтомологии биологического факультета МГУ.
Текст: пресс-служба МГУ имени М. В. Ломоносова
Chua, N. J., Makarova, A. A., Gunn, P., Villani, S., Cohen, B., Thasin, M., Wu, J., Shefter, D., Pang, S., Xu, C. S., Hess, H. F., Polilov, A. A., & Chklovskii, D. B. (2023). A complete reconstruction of the early visual system of an adult insect. Current Biology, 33(21), 4611-4623.e4. https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.09.021
Свежие комментарии