En la mosca de la fruta, un solo par de neuronas cerebrales ordenan la locomoción hacia atrás tanto en larvas como en adultos, informan los investigadores.
El mapeo de los circuitos descendentes que pueden cambiar el movimiento de manera suave y rápida de adelante hacia atrás no tiene precedentes, dijo Chris Doe, profesor de biología y codirector del Instituto de Neurociencia de la Universidad de Oregón. Fue el investigador principal del proyecto, detallóen un artículo publicado el 2 de agosto en la revista eLife .
"El gran paso que hemos dado es que tenemos una sola neurona que desencadena un nuevo comportamiento y suprime un comportamiento antagónico", dijo Doe, quien también es investigadora del Instituto Médico Howard Hughes y miembro del Instituto de Molecular de la UOBiología.
"Es aún más sorprendente, porque estas neuronas conducen el mismo cambio de comportamiento en larvas y adultos, que tienen neuronas motoras y modos de locomoción completamente diferentes", dijo. "Nuestro hallazgo de que el mismo par de neuronas controla el arrastre de ungusano sin extremidades y caminar de una mosca adulta fue bastante sorprendente "
Cambiar las direcciones de adelante hacia atrás es vital para la supervivencia de las moscas de la fruta. Drosophila Las larvas mueren después de que las avispas ponen huevos que consumen larvas de adentro hacia afuera. Las arañas, las hormigas y los escarabajos comen moscas de la fruta adultas. La forma en que los circuitos neuronales desencadenan un cambio suave entre los comportamientos antagonistas es un misterio en la mayoría de los animales, dijo Doe, pero ha sidovisto en nematodos también.
La metodología detrás del descubrimiento proporciona una manera para que los científicos vinculen otras conexiones directas entre las neuronas cerebrales individuales y las neuronas del sistema nervioso. El laboratorio de Doe ya está analizando las neuronas ligadas al comportamiento de navegación en las moscas de la fruta.
La investigación de siete miembros utilizó cribado genético, microscopía electrónica, optogenética y manipulaciones manuales en el proyecto. Inicialmente buscaron generalmente hasta 10 respuestas conductuales, pero luego se centraron en el movimiento hacia adelante y hacia atrás. Proteínas fluorescentes insertadas en larvas y adultoslas moscas ayudaron a rastrear flujos químicos reveladores en los circuitos cuando el comportamiento cambió.
El equipo avanzó metódicamente a través de varios pasos para identificar las dos neuronas cerebrales que inducen hacia atrás, comenzando con más de 300 neuronas y gradualmente alejando a la población hasta que se encontraron las dos neuronas finales.
La mayor sorpresa, dijo Doe, fue darse cuenta de que el mismo par de neuronas en una larva retrajo su conexión con el conjunto de músculos durante la metamorfosis y luego volvió a comprometerse con las neuronas motoras para las seis piernas que controlan los músculos en los adultos.En las larvas sin extremidades, el arrastre se realiza por peristaltismo o contracciones.
"La locomoción limitada implica un patrón de movimiento, piernas, que es completamente diferente", dijo Doe. "Todas las neuronas motoras son diferentes en las dos etapas. Las de las larvas se pierden en la metamorfosis. La neurona cerebral aparentemente reconoce esto en ambassistemas "
La neurona, dijo Doe, impulsó el movimiento hacia adelante e indujo el movimiento hacia atrás de manera intensa y continua. Para fines de escape, un comportamiento debe ser inactivado rápidamente a través de la comunicación neuronal. Las moscas y los mosquitos, por ejemplo, pueden sentir el swat y el cambio de un humanoinstrucciones para evitar el contacto. Las larvas pueden reconocer y evitar ambientes nocivos como la sal alta o la luz brillante utilizando la locomoción hacia atrás.
"Hasta ahora, nadie ha demostrado que haya una neurona corriente arriba que pueda suprimir coordinadamente algunos comportamientos e inducir otros", dijo. "Nuestro estudio ofrece a otros investigadores un buen ejemplo de lo que pueden esperar encontrar. Una mosca tienemuchos comportamientos. La idea es mapear las neuronas y los circuitos que controlan todo ".
El descubrimiento surgió de la investigación básica o fundamental. Doe ha explorado el desarrollo temprano de las células madre neurales como investigador del HHMI desde 1994. Hace aproximadamente cinco años, su laboratorio comenzó a estudiar los circuitos neuronales que generan comportamientos motores, como el rastreo ovolador.
Dicha investigación, a medida que se entiendan mejor las redes neuronales específicas, dijo Doe, podría ayudar a mejorar la precisión de las prótesis humanas. También podría contribuir a la robótica, asegurando respuestas antagónicas precisas para controlar los robots que buscan bombas o ayudar a los exploradores a explorarsuperficies en otros planetas, dijo.
Además de Doe, los miembros del equipo fueron Arnaldo Carreira-Rosario, Aref Arzan Zarin, Matthew Q. Clark y Laurina Manning, todos de la UO, y Richard Fetter y Albert Cardona, ambos del Campus de Investigación Janelia del HHMI.
El HHMI y las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud financiaron principalmente la investigación. Una Beca de Desarrollo de Fisiología Porter otorgada a Clark en 2015-15 por la Sociedad Estadounidense de Fisiología también apoyó el trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Oregon . Original escrito por Jim Barlow. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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