Badania nad motylami Heliconius ilustrują, w jaki sposób różnice w obwodach mózgowych są powiązane z ich unikalnymi zachowaniami związanymi z żerowaniem, poprawiając ich pamięć przestrzenną i wzrokową.
Tropikalny motyl gatunek z wyjątkowo rozbudowanymi strukturami mózgu pokazuje fascynujący mozaikowy wzór ekspansji neuronowej powiązanej z kluczową innowacją poznawczą.
Badanie, opublikowane dzisiaj (18 października) w Aktualna biologiabada neuronalne podstawy innowacji behawioralnych w Helikoniusz motyle, jedyny znany rodzaj żywiący się zarówno nektarem, jak i pyłkiem. W ramach tego zachowania motyle te wykazują imponującą zdolność uczenia się i zapamiętywania lokalizacji źródeł pożywienia – zdolności związane z ekspansją obszaru mózgu zwanego ciałami grzybów, który odgrywa kluczową rolę w uczeniu się i zapamiętywaniu.
Badanie ewolucji obwodów neuronowych
Główny autor dr Max Farnworth z Uniwersytet w BristoluZe Szkoły Nauk Biologicznych wyjaśniono: „Istnieje ogromne zainteresowanie tym, w jaki sposób większe mózgi mogą wspierać lepsze funkcje poznawcze, precyzję behawioralną i elastyczność. Jednak podczas ekspansji mózgu często trudno jest oddzielić wpływ wzrostu całkowitego rozmiaru od zmian w strukturze wewnętrznej.
Aby odpowiedzieć na to pytanie, autorzy badania zagłębili się w zmiany, jakie zaszły w obwodach nerwowych wspierających uczenie się i zapamiętywanie. Helikoniusz motyle. Obwody neuronowe są dość podobne do obwodów elektrycznych, ponieważ każda komórka ma określone cele, z którymi się łączy, i tworzy sieć za pomocą swoich połączeń. Sieć ta następnie wywołuje określone funkcje poprzez konstruowanie obwodów.
Mozaikowa ewolucja mózgu w Heliconius
Dzięki szczegółowej analizie mózgu motyla zespół odkrył, że pewne grupy komórek, zwane komórkami Kenyona, rozmnażały się w różnym tempie. Ta odmiana doprowadziła do wzorca zwanego ewolucją mózgu mozaiki, w którym niektóre części mózgu rozszerzają się, podczas gdy inne pozostają niezmienione, analogicznie do płytek mozaikowych, które bardzo się od siebie różnią.
Dr Farnworth wyjaśnił: „Przewidujemy, że ponieważ widzimy te mozaikowe wzorce zmian neuronalnych, będą one odnosić się do konkretnych zmian w zachowaniu – zgodnie z zakresem eksperymentów edukacyjnych, które pokazują, że Helikoniusz osiągają lepsze wyniki niż ich najbliżsi krewni tylko w bardzo specyficznych kontekstach, takich jak długoterminowa pamięć wzrokowa i uczenie się wzorców”.
Adaptacje neuronowe do żerowania pyłku
Aby odżywiać się pyłkiem, motyle Heliconius muszą mieć wydajne drogi żerowania, ponieważ rośliny pyłkowe są dość rzadkie.
Kierownik projektu i współautor, dr Stephen Montgomery, powiedział: „Zamiast wyznaczać przypadkową trasę żerowania, motyle te najwyraźniej wybierają stałe trasy między zasobami kwiatowymi – podobnie jak trasę autobusu. Procesy planowania i pamięci potrzebne do tego zachowania są realizowane przez zespoły neuronów wewnątrz ciał grzybów, dlatego też fascynują nas wewnętrzne obwody w całym ciele. Nasze wyniki sugerują, że określone aspekty tych obwodów zostały ulepszone, aby zapewnić zwiększone możliwości Helikoniusz motyle.”
Przyszłe kierunki badań obwodów neuronowych
Badanie to przyczynia się do zrozumienia, w jaki sposób obwody neuronowe zmieniają się, odzwierciedlając innowacje i zmiany poznawcze. Badanie obwodów neuronowych w możliwych do zastosowania układach modelowych, takich jak owady, może ujawnić mechanizmy genetyczne i komórkowe wspólne dla wszystkich obwodów neuronowych, potencjalnie wypełniając w ten sposób lukę, przynajmniej na poziomie mechanistycznym, w stosunku do innych organizmów, takich jak ludzie.
Patrząc w przyszłość, zespół planuje zbadać obwody neuronowe poza ośrodkami uczenia się i pamięci w mózgu motyla. Mają także na celu zwiększenie rozdzielczości mapowania mózgu, aby zwizualizować, w jaki sposób poszczególne neurony łączą się na jeszcze bardziej szczegółowym poziomie.
Doktor Farnworth powiedział: „Byłem naprawdę zafascynowany faktem, że widzimy tak wysoki stopień zachowania anatomii i ewolucji mózgu, a jednocześnie bardzo wyraźne, ale wyraźne zmiany”.
„To naprawdę fascynujący i piękny przykład warstwy różnorodności biologicznej, której zwykle nie widzimy, różnorodności mózgu i systemów sensorycznych oraz sposobów, w jakie zwierzęta przetwarzają i wykorzystują informacje dostarczane przez otaczające je środowisko” – podsumowała dr .
Odniesienie: „Mozaika ewolucji obwodu uczenia się i pamięci u motyli Heliconiini” Maxa Farnwortha, Theodory Loupasaki, Antoine’a Couto i Stephena Montgomery’ego, 18 października 2024 r., Aktualna biologia.
