Российские и зарубежные ученые получили первую реконструкцию зрительной системы миниатюрных паразитических наездников — Megaphragma viggianii — в высоком разрешении. Результаты показали, что у этих насекомых зрительная система значительно упрощена по сравнению с более крупными — медоносными пчелами и плодовыми мушками. Полученная реконструкция позволила определить наиболее важные части для визуальной обработки, что облегчит построение моделей зрительных систем для других насекомых. Исследование опубликовано в журнале Current Biology, сообщает пресс-служба МГУ имени М.В. Ломоносова.
Изучение нервной системы насекомых всегда привлекало особый интерес. Несмотря на их относительно малые размеры и простое строение, они способны к сложному поведению. Обычно подобные работы проводятся на Drosophila sp. — плодовых мушках. Однако они не всегда подходят для исследований. В частности, при подготовке образцов необходимо удалить двигательную и сенсорную периферии — совокупности нейронов, рецепторов и других структур, участвующих в движении и передаче сенсорной информации в ЦНС соответственно. Из-за этого затрудняется процесс получения полного коннектома. Коннектом — описание структуры связей в нервной системе организма.
Российские и зарубежные ученые получили полную модель связи фоторецепторов глаза с первым зрительным нейропилем, ламиной (место первичной обработки зрительной информации) взрослого насекомого. В качестве объекта исследований они использовали Megaphragma viggianii — паразитических наездников. Это миниатюрные насекомые длиной всего около 200 микрометров (0,2 миллиметра). Столь малые размеры тела значительно сокращают время сканирования образцов и последующую постобработку, а стереотипность связей и сходство с пчелой и дрозофилой существенно облегчают реконструкцию коннектома. Все это делает Megaphragma удобными объектами для полно-организменной коннектомики. Кроме того, Megaphragma уникальна еще и строением своей нервной системы: более 90% нейронов взрослого насекомого лишены ядер.
Ученые получили серию снимков головы Megaphragma в высоком разрешении на двухлучевом сканирующем ионно-электронном микроскопе, в результате чего смогли реконструировать не только нейронные связи в зрительных долях мозга насекомого, но и проанализировать оптику сложных глаз.
Строение зрительной системы биологи сравнивали с таковым у плодовых мушек и медоносных пчел, имеющих бо́льшие размеры. Ученые выявили отличия, связанные с миниатюризацией: значительное снижение числа омматидиев (структурных единиц фасеточного глаза насекомых), меньший размер нейронов, отсутствие некоторых типов клеток. Наряду с общим упрощением строения, исследователи обнаружили специализацию отдельной группы омматидиев к восприятию поляризационного света и подтвердили это на уровне связей между нейронами.
«Несмотря на то, что зрительная система Megaphragma viggianii значительно упрощена, строение ее все же во многом поразительно схоже с таковым у дрозофилы и пчелы. Полученные нами данные показывают, что нейроны мозга теряют свои ядра не случайно, а строго исходя из функций клеток в коннектоме. Поэтому правильнее говорить не об упрощении строения, а об оптимизации. Попробую немного перефразировать слова Сантьяго Рамон-и-Кахаля и Доминго Санчеса, основоположников нейробиологии: если сравнивать строение мозга и когнитивные способности позвоночных с таковыми у насекомых, то последние покажутся нам чем-то чрезмерно грубым и рудиментарным. Это как если бы мы пытались уравнять достоинства настенных часов с достоинствами карманных, чуда утонченности, деликатности и точности. Так и природа, строя свои знаменательные произведения, блистает в малом гораздо больше, чем в большом», — прокомментировала Анастасия Макарова, один из авторов исследования, старший научный сотрудник кафедры энтомологии биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.
