Что мозг занятых пчел может рассказать нам об эволюции человека

У медоносной пчелы есть специализированные нейроны, которые дают подсказки, достойные жужжания.

Отредактировано 2023-15-06
Медоносная пчела опыляет желтый цветокМозг насекомых и мозг человека имеют некоторые общие черты.

Если люди хотят больше узнать о наших высших функциях мозга и поведении, некоторые ученые считают, что нам следует обратить внимание на насекомых - от занятых пчел до социальных бабочек и мух на стене. Исследование, опубликованное 5 мая в журнале Science Advances, обнаружило в мозге медоносной пчелы три различных специализированных подтипа клеток Кеньона, которые, вероятно, произошли от одного единственного, многофункционального предка подтипа клеток Кеньона.

Клетки Кеньона (КК) - это тип нейронных клеток, которые находятся в одной из частей мозга насекомых. Эти клетки участвуют в обучении и памяти, в частности, в обонянии, называемом грибовидным телом. Они встречаются у насекомых крупного отряда Hymenoptera - от более "примитивных" пилильщиков до более сложной медоносной пчелы.

"В 2017 году мы сообщили, что сложность подтипов клеток Кеньона в грибовидных телах в мозге насекомых увеличивается по мере диверсификации поведения у Hymenoptera", - говорится в заявлении соавтора и аспиранта Токийского университета. "Другими словами, чем больше подтипов КС у насекомого, тем сложнее его мозг и поведение, которое оно может демонстрировать. Но мы не знали, как развивались эти различные подтипы. Это и послужило толчком для нового исследования".

В этом исследовании команда из Токийского университета и Национальной организации по изучению сельского хозяйства и продовольствия Японии (NARO) рассмотрела два вида Hymenoptera как представителей различных видов поведения. Более одиночная репная пилильщица имеет один подтип КС, в то время как более сложная и социальная медоносная пчела имеет три подтипа КС.

Считается, что более "примитивный" мозг пилильщика может содержать некоторые свойства предков мозга медоносной пчелы. Чтобы найти эти потенциальные пути эволюции, команда использовала транскриптомный анализ для определения генетической активности, происходящей в различных подтипах KC, и предположения об их функциях.

"Я был удивлен тем, что каждый из трех подтипов KC у медоносной пчелы показал сходство с единственным типом KC у пилильщика", - сказал в своем заявлении соавтор работы, биолог Токийского университета Хироки Коно. "Основываясь на нашем первоначальном сравнительном анализе нескольких генов, мы ранее предполагали, что дополнительные подтипы KC появлялись один за другим. Однако, похоже, что они были отделены от многофункционального предкового типа путем функциональной сегрегации и специализации".

По мере увеличения числа подтипов КС каждый из них почти в равной степени унаследовал некоторые отличительные свойства от одного предкового КС. Затем подтипы были модифицированы различными способами, и результатом этого стали разнообразные функции, наблюдаемые у современных насекомых.

Чтобы увидеть конкретный поведенческий пример того, как предковые функции KC присутствуют как у медоносной пчелы, так и у пилильщика, они обучили пилильщиков участвовать в поведенческом тесте, обычно используемом у медоносных пчел. Пчелы, а в конечном итоге и пилильщики, научились ассоциировать запаховый стимул с вознаграждением. Несмотря на первоначальные трудности, группа добилась того, что пилильщики стали выполнять это задание.

Затем команда манипулировала геном под названием CaMKII в личинках пилильщиков. У медоносных пчел этот ген связан с формированием долговременной памяти, которая является функцией КС. После манипуляции с геном у личинок, когда они стали взрослыми, нарушилась долговременная память, что свидетельствует о том, что этот ген играет аналогичную роль и у пилильщиков. CaMKII экспрессировался во всех подтипах КС у пилильщиков, но у медоносных пчел он преимущественно экспрессировался в одном подтипе КС. По мнению авторов, это говорит о том, что роль CaMKII в долговременной памяти была передана конкретному подтипу KC у медоносной пчелы.

Несмотря на то, что мозг насекомых и мозг млекопитающих сильно отличаются по размеру и сложности, у наших нервных систем есть общие функции и архитектура. Изучение того, как развивались клетки и поведение насекомых, может дать представление о том, как развивался наш собственный мозг. Далее, команда заинтересована в изучении типов КС, приобретенных параллельно с социальным поведением, таким как печально известный "танец виляния" медоносной пчелы.

"Мы хотели бы уточнить, применима ли представленная здесь модель к эволюции других видов поведения", - сказал в своем заявлении соавтор работы, докторант Токийского университета Такайоши Кувабара. "Существует много загадок о нейронной основе, которая контролирует социальное поведение, будь то у насекомых, животных или людей. Как она развивалась, до сих пор остается неизвестным. Я считаю, что данное исследование является новаторской работой в этой области".