Насекомых заставили бегать на беговых дорожках ради науки
Ученые из Вашингтонского университета создали маленькие беговые дорожки, чтобы изучить, как плодовые мушки контролируют свое движение в сложных условиях, сообщает Phys.org.
Ходьба животных, включая насекомых и людей, требует умения распознавать и быстро реагировать на неожиданные изменения под ногами. Если бы животное не могло этого делать, навигация по миру была бы невозможна, и риск травм от падений был бы высок.
Но как нервная система обнаруживает эти неожиданные события и управляет телом для восстановления баланса во время передвижения? Этим вопросом и занялись ученые. Их лаборатория изучает проприоцепцию: как тело ощущает свое положение и движение. Болезни, травмы и другие факторы могут препятствовать способности людей и животных координировать свое тело. В итоге им трудно выполнять простые действия, например, взять стакан воды.
Для исследования контроля тела используются беговые дорожки двух видов. В линейных дорожках лента движется по прямой линии. Они наиболее распространены и применяются для изучения базовых аспектов локомоции (движения животных), таких как скорость, выносливость и координация. При использовании беговых дорожек с раздельными лентами каждая нога находится на отдельной ленте, что позволяет независимо контролировать движение каждой конечности. Они особенно полезны для изучения координации.
Ученые разработали миниатюрные версии беговых дорожек для изучения локомоции у плодовых мушек (дрозофил). Эти крошечные создания — хорошая модель для изучения нейронного контроля движения. Они имеют компактную, полностью картированную нервную систему. Генетические инструменты позволяет проводить точные и специфические манипуляции с нервной системой этих насекомых.
Линейная беговая дорожка ученых заставила мух ходить и при этом отслеживала их в 3D-формате. Исследователи смогли проанализировать их ходьбу на разных скоростях. В эксперименте участвовали как дрозофилы с нарушением контроля тела, так и здоровые.
На линейной беговой дорожке мухи перемещались короткими рывками, разгоняясь до передней стенки камеры и затем пассивно перемещаясь на движущейся ленте к задней. Примерно половину времени они активно ходили. Скорость их движения коррелировала со скоростью движущейся ленты. Как и у людей и тараканов, высота тела мух увеличивалась при увеличении скорости движения. Также была зафиксирована рекордно высокая скорость ходьбы для плодовых мушек — 50 миллиметров в секунду.
Затем исследователи генетически отключили нейроны, отвечающие за проприоцепцию, и поместили насекомых на линейную беговую дорожку. Без этой сенсорной обратной связи мушки делали меньше шагов, но они были крупнее Удивительно, но координация их ног не пострадала. Возможно, это связано с тем, что другие нейроны играют более важную роль в координации движения, или нервная система смогла компенсировать недостаток обратной связи.
Беговая дорожка с раздельными лентами практически не повлияла на координацию ног мух. Однако, когда две ленты двигались с разной скоростью, насекомые значительно изменяли длину шагов средних ног. Исследователи предполагают, что так дрозофилы корректируют свои шаги, чтобы продолжать идти прямо, несмотря на вращения.
Ранее мы показывали, как крошечный жук делает самое быстрое сальто на Земле.
