Британские ученые обнаружили нейронную сеть, которая отвечает за выполнение брачного ритуала у дрозофилы фруктовой (Drosophila melanogaster). Результаты работы представлены в журнале eLife.
У животных брачный ритуал представляет собой сложную последовательность действий, предшествующих непосредственно процессу совокупления. Например, «ухаживание» самца дрозофилы проявляется в преследовании самки, постукивании лапками, контакте с ее гениталиями, исполнении видоспецифичной «песни» и сгибании брюха. Нарушение одного из этапов ритуала или совокупления делает размножение невозможным. При этом генетические и нейронные механизмы процесса изучены недостаточно.
Предыдущие исследования показали, что репродуктивная функция самцов дрозофил связана с генами dsx и fru, которые экспрессируются некоторыми нейронами. Так, подавление всех dsx-нейронов полностью тормозит брачное и копулятивное поведение, тогда как активация — провоцирует самцов на «ухаживания». Участие в брачных ритуалах, предположительно, принимают нервные клетки, расположенные в мозге и брюшном ганглии насекомых. Однако, какие именно из 650 dsx-нейронов задействуются, неизвестно.
Чтобы определить нейронный коррелят брачного поведения дрозофил, ученые из Оксфордского университета провели серию экспериментов. С помощью столбнячного токсина они блокировали две субпопуляции dsx-нейронов — моторные (в мозге, брюшном ганглии и передних лапках) и механосенсорные (в периферической нервной системе), — а также анализировали экспрессию фермента глутаматдекарбоксилазы 1 (связан с основным тормозным нейротрансмиттером насекомых GABA). Это позволило авторам найти третью субпопуляцию dsx-нейронов — тормозные.
Результаты показали, что самая большая субпопуляция моторных нейронов (80 у самцов и 100 у самок), участвующих в размножении, расположена в брюшном ганглии. Их инактивация приводила к невозможности самого присоединения гениталий, кроме того, такие самцы меньше времени уделяли «ухаживаниям». Наиболее активными механосенсорными нейронами у самцов оказались клетки, расположенные в ротовом аппарате, передних лапках и анальной пластинке. Основные тормозные нейроны находились в мозге и ганглии.
Искусственная стимуляция тормозных нейронов приводила к «выключению» моторных нейронов, связанных с совокуплением животных. Примечательно, что продолжительность «ухаживаний» в этом случае оставалась нормальной, а попыток спариться совершалось значительно больше (34 ± 3 против 7 ± 1), однако ни одна из них не была успешной. По мнению ученых, инактивация моторных нейронов, как и активация тормозных нейронов, делает координацию первых недостаточно точной для копуляции.
Полученные данные уточняют роль гена dsx в обеспечении репродуктивного поведения. Авторы отмечают, что результаты также противоречат гипотезе о том, что передача спермы от самца к самке у дрозофил связана с нейросетью, участвующей в брачном ритуале. В частности, это говорит о разной физиологической основе действий, сопровождающихся удовольствием (эякуляция), и репродуктивной функции в целом. Следующим шагом станет изучение того, как сигналы от упомянутых нейронов обрабатываются в мозге.
