Зачем червю вычислительный центр?

Ученые из Орегонского университета (University of Oregon) под руководством Шона Локери (Shawn Lockery) изучили парные рецепторы, которые управляют поведением червя. Принцип действия очень прост: если животному нравится запах – он движется вперед, если не нравится – меняет направление движения.

Группа исследователей достаточно давно изучает парные рецепторы ASEL (левый) и ASER (правый) червя Caenorhabditis elegans. Причем, как говорят участники группы, им интересно и то, как формируется ассиметрия у нейронов, и то, как они работают.

С помощью современных методов удалось получить новые данные о различиях в функциях хемочувствительных нейронов. И показать, как разница влияет на поведение червей. Используя методы генной инженерии, ученые ввели в организм белки, позволяющие фиксировать изменения в нервной системе. При активации они просто изменяют свой цвет.

Активация рецепторов происходит следующим способом: при возбуждении на привлекательные вещества растет поток ионов натрия и хлора к центру ASE. А при возбуждении рецепторов, реагирующих на токсины (например, капсаицин), поток слабеет. Авторы работы установили, что при увеличенной концентрации соли активен левый рецептор (реагирующий на увеличение концентрации ионов Na), а при уменьшении – правый (реагирующий на уменьшение концентрации ионов Cl).

При этом наблюдаются различия в поведении: при активности левого нейрона червь ползет вперед, правого – изменяет направление движения.

Также удалось показать, что рецепторы реагируют на изменение концентрации, а не на абсолютные значения. Чем сильнее меняется концентрация, тем быстрее изменяется характер движения, и тем быстрее само движение.

Результатом работы стало описание биоалгоритма с детализацией по функциям: как окружающая среда влияет на поведение, какие клетки участвуют в обработке сигнала.

Авторы исследования рассчитывают, что это открытие позволит понять, как функционируют аналогичные области мозга у человека, а в перспективе – помочь людям с нарушениями вкуса и обоняния (только в США проживают 200 тыс. человек, страдающих подобными заболеваниями).