Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Т. Дамур
«Мир по Эйнштейну». Глава из книги


Л. Франк
«Мой неповторимый геном». Глава из книги


В. Винниченко
Почему дельфины никогда не спят?



В память о Леониде Вениаминовиче Келдыше (07.04.1931–11.11.2016)


Н. Жизан
«Квантовая случайность». Глава из книги


Интервью с С. Ландо
Сергей Ландо: «Прорывы в математике плохо предсказуемы»


В. Гаврилов
Загадка зарянки


А. Левин
Астрономия темного


В. Мацарский
Бодался Чандра с сэром Артуром


О. Макаров
Секрет разделения







Главная / Новости науки версия для печати

Обнаружены нейроны, отвечающие за отличия мужского поведения от женского


Мозг самца дрозофилы. Зеленым цветом выделены нейроны DC1, которых нет у самок. Стрелкой и треугольником отмечены скопления отростков нейронов (нейропили), также отсутствующие у самок. Длина масштабной линейки 20 мкм. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature
Мозг самца дрозофилы. Зеленым цветом выделены нейроны DC1, которых нет у самок. Стрелкой и треугольником отмечены скопления отростков нейронов (нейропили), также отсутствующие у самок. Длина масштабной линейки 20 мкм. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature

Самцы и самки дрозофил воспринимают феромон cVA при помощи одних и тех же рецепторов и обонятельных нейронов, однако это по-разному влияет на их поведение: самки сексуально возбуждаются, а самцы начинают проявлять агрессию по отношению друг к другу и меньше интересуются самками. Как выяснилось, нейронный контур, определяющий реакцию на феромон, в своей «минимальной комплектации» состоит всего из четырех нейронов, три из которых диморфны, то есть имеют различное строение у самцов и самок. Этих различий оказывается достаточно, чтобы обеспечить разное поведение в ответ на один и тот же стимул. Открытие показало, что за сложным поведением могут стоять довольно простые нейронные контуры.

В половом поведении многих животных важную роль играет химическое «общение» при помощи феромонов (см.: Феромоны не привлекают, а заставляют задуматься, «Элементы», 19.10.2009). У дрозофил один и тот же мужской феромон cVA (11-cis-vaccenyl acetate) по-разному влияет на самцов и самок. Самцы, почуяв cVA, начинают проявлять агрессию по отношению к другим самцам и меньше интересуются самками. У самок от того же запаха повышается половая рецептивность (восприимчивость, готовность к спариванию). При этом и самцы, и самки воспринимают cVA при помощи одних и тех же рецепторов (Or67D), расположенных на одних и тех же сенсорных нейронах в антеннах мух. Было показано, что если выключить у мух ген рецептора Or67D, то самцы становятся бисексуалами (начинают ухаживать за другими самцами), а самки отчасти теряют интерес к сексу.

Если самцы и самки воспринимают феромон одними и теми же рецепторами и сенсорными нейронами, значит поведенческие различия «закодированы» в более глубоких нейронных контурах (neuronal circuits) мушиного мозга. Мозг дрозофилы устроен проще, чем у млекопитающих, однако «расшифровка» конкретного нейронного контура даже у дрозофилы — задача весьма трудная.

Американским нейробиологам удалось разобраться в хитросплетениях нейронов, отвечающих за различия женской и мужской реакции на феромон cVA. Использовались генно-модифицированные мухи, у которых нейроны после воздействия лазерного луча начинают светиться, что позволяет проследить, куда идут отростки данного нейрона (дендриты и аксоны) и где они заканчиваются.

Обонятельные сенсорные нейроны (ORN), воспринимающие феромон при помощи рецепторов Or67D, посылают сигналы нейронам одного из участков (DA1) антеннальной доли мозга. Нейроны DA1, в свою очередь, по своим аксонам передают сигнал в боковой рог (lateral horn) протоцеребрума (так называется передний отдел мозга насекомых). Ранее авторы обнаружили, что у самцов дрозофил аксоны нейронов DA1 в боковом роге особым образом разветвляются, а у самок такого ветвления нет. В новой работе, опубликованной в последнем выпуске журнала Nature, прослежена дальнейшая судьба информации о феромоне cVA в мозге самцов и самок дрозофил.

Выяснилось, что у самцов нейроны DA1 передают сигнал двум группам нейронов бокового рога (авторы обозначили их LC1 и DC1). У самок сигнал передается только нейронам LC1. В этом и состоит смысл ветвления аксонов DA1: у самцов они разветвляются, чтобы передать сигнал сразу двум группам нейронов (LC1 и DC1), а у самок аксоны не ветвятся и передают сигнал только нейронам LC1.

Нейроны LC1 у самцов и самок оказались диморфными, то есть различающимися как по своему количеству, так и по характеру связанности с другими нейронами. Было также установлено, что нейроны LC1 выделяют нейромедиатор торможения ГАМК, а нейроны DC1 являются не тормозящими, а возбуждающими (какой именно медиатор они выделяют, выяснить не удалось).

Установив эти факты, авторы сосредоточились на нейронах DC1, которые возбуждаются в ответ на феромон cVA только у самцов. Всего в мозге самца слева и справа находится примерно по 20 этих нейронов. При помощи серии сложных экспериментов авторы убедились, что нейроны DC1 у самцов действительно возбуждаются в ответ на возбуждение нейронов DA1, которые воспринимают сигналы от сенсорных нейронов, чувствительных к феромону cVA. Можно дать мухе понюхать cVA, а можно искусственно стимулировать нейроны DA1: в обоих случаях произойдет возбуждение нейронов DC1. Ни другие феромоны, ни искусственное возбуждение других областей антеннальной доли, кроме DA1, не приводит к возбуждению DC1 у самцов.

По-видимому, это означает, что нейроны DC1 реагируют только на феромон cVA и безразличны ко всем прочим запахам. Впрочем, какие-то другие, не обонятельные сигналы, скорее всего, влияют на работу нейронов DC1, судя по сложной сети отростков, которыми они соединены с другими отделами мозга. Вероятно, нейроны DC1 интегрируют разнородную информацию, которая учитывается при принятии «решения» о том, как реагировать на феромон (о механизмах принятия решений см. в заметке Нейрологические механизмы принятия решений будут изучать на раках, «Элементы», 25.06.2010).

Общая схема нейронного контура, определяющего поведенческий ответ на феромон cVA у самцов (вверху) и самок (внизу). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature
Общая схема нейронного контура, определяющего поведенческий ответ на феромон cVA у самцов (вверху) и самок (внизу). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Таким образом, авторам удалось проследить три первых этапа обработки сигнала о присутствии феромона cVA в нейронном контуре, специфичном для самцов. Нейроны первого уровня (ORN) передают сигнал нейронам второго уровня (DA1), а те, в свою очередь, передают его нейронам третьего уровня (DC1). Что происходит дальше?

Авторы проследили путь аксонов DC1 и обнаружили, что они раздваиваются и заканчиваются в двух нейропилях (скоплениях отростков нейронов) в латеральном и медиальном отделах протоцеребрума. У самок эти нейропили отсутствуют. В этих же самых нейропилях обнаружились и отростки нейронов LC1 (см. выше), которые в ответ на феромонный сигнал выделяют медиатор торможения ГАМК. Здесь же нашлись и отростки нейронов P1, которые есть только у самцов и о которых известно, что они инициируют брачное поведение (ухаживание).

Возможно, нейроны LC1 подавляют активность нейронов P1, и этим объясняется снижение интереса к самкам под действием феромона cVA. Некоторые другие диморфные (различающиеся у самцов и самок) группы нейронов мозга тоже посылают свои отростки в эти нейропили. По-видимому, здесь у самцов происходит интеграция разнородных сведений, важных для правильного полового поведения. Здесь же информация о феромоне может «разветвляться», передаваясь разным группам нейронов, что в конечном счете обеспечивает комплексный поведенческий ответ.

В этих же двух нейропилях у самцов находятся разветвленные дендриты (входные отростки) большого «нисходящего» нейрона (descending neuron, DN1), которого нет у самок и который передает сигнал из головного мозга в брюшную нервную цепочку (аналог спинного мозга у насекомых). По-видимому, именно этот нейрон DN1 — четвертый и последний ключевой элемент «мужского» нейронного контура, отвечающего за реагирование самца на феромонный сигнал.

Чтобы убедиться в этом, авторы провели еще несколько экспериментов, в ходе которых было показано, что возбуждение сенсорных нейронов ORN феромоном cVA действительно приводит к активации нейрона DN1. Иными словами, нейрон DN1 действительно передает сигнал о феромоне в брюшную нервную цепочку, которая непосредственно управляет движением ног, крыльев и брюшка. Дополнительные опыты подтвердили, что нейроны DA1 и DC1 являются обязательными участниками эстафеты, по которой сигнал передается от ORN к DN1.

«Нисходящий» нейрон DN1 (выделен красным) связывает мозговые участки рассматриваемого нейронного контура с брюшной нервной цепочкой (VNC). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature
«Нисходящий» нейрон DN1 (выделен красным) связывает мозговые участки рассматриваемого нейронного контура с брюшной нервной цепочкой (VNC). На фигуре a зеленым цветом окрашены нейроны DC1, аксоны которых встречаются с дендритами нейрона DN1 в двух нейропилях (скоплениях отростков нейронов), один из которых отмечен стрелкой, а второй — треугольником. На фигуре b показан головной мозг (вверху) и брюшная нервная цепочка (внизу). Длина масштабной линейки 80 мкм. c — реакция нейрона DN1 на возбуждение рецепторов антенн самца феромоном cVA. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Результаты исследования оказались неожиданными в двух аспектах. Во-первых, весь путь от восприятия феромона рецепторами антенн до отправки «руководящих инструкций» в брюшную нервную цепочку оказался на удивление коротким. В «минимальной комплектации» он состоит всего из четырех нейронов: сенсорного (обонятельного) нейрона ORN, двух промежуточных нейронов DA1 и DC1 и «нисходящего» нейрона DN1. Это показывает, что довольно сложное поведение, по-видимому, может порождаться сравнительно простыми «управляющими программами». Здесь можно провести аналогию с генотипом и фенотипом: в индивидуальном развитии животных тоже происходит «рождение сложности» (эпигенез), когда на основе сравнительно простой «программы», записанной в геноме, формируется чрезвычайно сложный многоклеточный организм.

Во-вторых, в строении этого нейронного контура обнаружен удивительно резкий половой диморфизм. Нейроны ORN у самцов и самок одинаковы, DA1 — тоже, если не считать того, что у самцов аксоны этих нейронов раздваиваются, а у самок нет. Но на этом сходство кончается. Нейроны DC1 и DN1 есть только у самцов, у самок они просто-напросто отсутствуют. До сих пор большинство экспертов предполагало, что разница между мужским и женским поведением определяется тонкими деталями работы почти одинаковых нейронных контуров. Теперь мы видим, что она может быть обусловлена радикальными различиями в строении мозга, то есть грубо «прошита в железе».

Источник: Vanessa Ruta, Sandeep Robert Datta, Maria Luisa Vasconcelos, Jessica Freeland, Loren L. Looger, Richard Axel. A dimorphic pheromone circuit in Drosophila from sensory input to descending output // Nature. 2010. V. 468. P. 686–690.

См. также:
1) Нейрологические механизмы принятия решений будут изучать на раках, «Элементы», 25.06.2010.
2) Феромоны не привлекают, а заставляют задуматься, «Элементы», 19.10.2009.

Александр Марков


Комментарии (2)



Последние новости: НейробиологияАлександр Марков

05.12
Хищные бактерии помогают иммунной системе справиться с инфекцией
28.11
У собак есть эпизодическая память
22.11
Фиджийские муравьи сами выращивают для себя жилища
16.11
За «боязнь» щекотки у крыс отвечает соматосенсорная кора
14.11
Ген, работающий в мышцах и костях, у обезьян стал регулировать развитие мозга
10.11
Нейропротез вернул парализованным макакам-резусам способность ходить
09.11
Разнообразие пищевого поведения у нематоды Caenorhabditis elegans поддерживается балансирующим отбором
01.11
Предки современных шимпанзе и бонобо неоднократно скрещивались друг с другом
24.10
Южноамериканские обезьяны изготавливают каменные отщепы, похожие на орудия древних гоминид
17.10
Матери-шимпанзе делятся удочками с детенышами, чтобы помочь им научиться ловить термитов

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Индикатор», «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия