Голод одержал верх над тягой к спариванию

Чтобы выжить, животные должны ежеминутно принимать решения. К примеру, ученые ранее обнаружили, что мухи, лишенные пищи, отказываются от сна в пользу еды, а уже потом предпочитают отдыхать. Но зачастую животные сталкиваются с ситуациями, когда приходится выбирать, например, между утолением голода и спариванием. Поэтому важно понимать, как мозг оценивает альтернативные варианты и как расставляются приоритеты.

Важный поведенческий конфликт возникает тогда, когда животное не имеет как пищи, так и партнера для спаривания, из-за чего должно решать, отдать предпочтение поиску ресурсов для кормления либо размножения. Хотя дефицит энергии — непосредственная угроза выживанию, оставалось неясно, может ли голод преобладать над тягой к воспроизводству. Авторам новой работы — ученые из Бирмингемского университета — удалось изучить нейронные механизмы, лежащие в основе выбора дрозофилы между размножением и кормлением. Исследование опубликовано в журнале Current Biology.

Плодовых мушек (Drosophilidae) используют в нейробиологии, чтобы понять, как ведет себя мозг. Эти насекомые демонстрируют сложные способности вроде памяти и обучения, однако их мозг проще, чем человеческий: всего около 100 тысяч нейронов против порядка 86 миллиардов нейронов у нас. Тем не менее дрозофилы — отличная экспериментальная модель, позволяющая увидеть, каким образом мозг принимает важные решения.

Ученые на 24 часа лишали самцов Drosophilidae как пищи, так и возможности спариваться, а затем ставили перед выбором: сахароза или обезглавленная девственная самка? Самки без головы — привлекательные объекты для ухаживания, но в основном неподвижны, поэтому не мешают исследователям наблюдать за поведением самцов. 

«Самцы, лишенные возможности спариваться и пищи, демонстрировали явное предпочтение к еде, прежде чем начинать ухаживать за самкой. В то же время их накормленные сверстники (контрольная группа. — Прим. ред.) сразу же обращали внимание на самку и принимались ухаживать за ней», — рассказали авторы работы. После утоления голода самцы всего через несколько секунд переключались на партнерш.

Команда пометила нейроны мозга мушек флуоресцентными маркерами. Затем они включали или выключали небольшое число нейронов и тестировали их влияние на поведение. В итоге удалось увидеть, как мозг дрозофилы реагирует, когда доступны противоречивые варианты, и как она делает выбор. Двухфотонная кальциевая визуализация позволила точно определить активированные нейроны, когда насекомые «расставляли приоритеты».

Как оказалось, передача сигналов тирамина — органического вещества из группы биогенных аминов — выступает важным посредником при выборе между пищей и спариванием. «Нейроны рецептора тирамина (TyrR), способствующие кормлению, и нейроны P1, способствующие ухаживаниям, антагонистически модулируются тирамином и обнаружением пищи, которое сопоставляет поведение с состоянием голода и доступностью ресурсов. <…> Нейроны, которые говорят есть или спариваться, по сути, конкурируют. Если потребность в еде наиболее острая, ответственные за поиск пропитания нейроны одержат верх», — добавили ученые. Хотя утоление голода в приоритете, выбор все же не был фиксированным и зависел от некоторых факторов, в том числе качества пищи.

«Нам еще многое предстоит узнать о плодовых мушках: например, что происходит, когда появляются другие угрозы? Решит ли муха есть или убегать от хищника? И что было бы, если самка столкнулась с аналогичным выбором? Все это поможет создать картину принятия сложных решений в мозгу», — сказал Салони Роуз, один из участников исследования.

В конце концов, изучив общие механизмы мозга, можно будет лучше понять, как работает более сложный мозг — человеческий — и что происходит, когда он сталкивается с различными болезнями и такими состояниями, как зависимость, которые влияют на процессы принятия решений.