Innerhalb der Gehirne von hungrigen Würmer, Forscher finden Hinweise, wie Sie jagen

Ständig hungrig, Würmer von strategischer Bedeutung, wenn es um die Suche nach Nahrung. Die mikroskopisch kleinen Fadenwurm Caenorhabditis elegansoder C. elegansist bekannt, verbringen bis zu 20 Minuten Suche nach snacks in seiner unmittelbaren Umgebung vor bemüht, sich anderweitig umzusehen. Nun, Rockefeller-Wissenschaftler haben schaltungen in der C. elegans Gehirn zugrunde liegen, dass dieses Verhalten. In einer neuen Studie, veröffentlicht im Neuron, die Forscher beschreiben die neuronalen Mechanismen, die für die local search, zu zeigen, dass diese Reaktion kann ausgelöst werden entweder durch Geruchs – oder touch-related cues.

Suche für grub in den falschen Orten

C. elegans ernähren sich von Bakterien. Und wenn Ihre Umgebung ist voll mit essbaren Mikroben, Sie brauchen nicht viel, um zu bleiben gesättigt. Aber wenn das Nahrungsangebot abnimmt, werden die Würmer beginnen wackeln ein bisschen herum. Erste, Sie ausgiebig das Gebiet suchen, in denen Sie zuletzt begegnet Unterhalt Kreisen einen kleinen Raum für 10 bis 20 Minuten. Schließlich, jedoch, die Würmer zu erweitern Ihre Suche Umkreis—eine Strategie, die ähnelt, und ist eventuell damit zusammenhängen, dass einige Aspekte des menschlichen Verhaltens.

„Wenn Sie Ihren Schlüssel verlieren, müssen Sie zunächst die Suche vor Ort: in Ihrer Brieftasche, dann in den Mantel, und anderen Orten in der Nähe. Und Sie tun das immer wieder“, sagt Cori Bargmann, Torsten N. Wiesel Professor. „Aber wenn das nicht funktioniert, irgendwann hat man mit der Suche beginnen, einen breiteren Bereich.“

Der Wechsel von der lokalen zur globalen Suche, die beobachtet wurde in den hungrigen Insekten, Reptilien, Fischen und Säugetieren, was darauf hindeutet, dass es möglicherweise repräsentieren eine konservierte Nahrungssuche-Strategie. Mit einem eindeutig zu kleinen und gut charakterisiert Nervensystem von C. elegans zur Verfügung gestellt Bargmann und Ihre Kollegen mit praktischen tools zur Untersuchung der grundlegenden Mechanismen des Gehirns das fahren dieses Verhalten.

Kaute auf Mikroben

Zur Identifizierung zellulärer Komponenten beteiligt, die lokale Suche, die biomedizinische Kollegen Alejandro López Cruz zunächst analysierten die Gene von C. elegans Mutanten, die nicht zum produzieren dieses Verhalten—Würmer, die übersprungen das ganze „local“ – phase und ging direkt auf die Globale Suche. Diese Tiere, die er entdeckte, hatte eine fehlerhafte form des proteins, bekannt als MGL-1, ein rezeptor für das neurochemische Glutamat. Zusätzliche Experimente zeigten, dass die MGL-1-Rezeptoren befinden sich auf zwei C. elegans – Neuronen beteiligt bei der Erkennung von Lebensmitteln: man rief AIA, die Sie erhält input von chemosensory Zellen empfindlich auf Nahrung Gerüche; und ein anderes namens ADE, das verbunden ist mechanosensory Zellen reagieren auf Nahrung textur.

Mechanosensory Neuronen und ADE, fanden die Forscher, sind nicht physisch verbunden mit chemosensory Neuronen und AIA—was darauf hindeutet, dass Geruch und berühren Sie Antworten unabhängig voneinander funktionieren können. Unterstützt werden diese Ergebnisse zeigten die Forscher, dass Tiere mit nur einem sensorischen system kann effektiv erkennen und reagieren auf Nahrung entfernen.

„Wenn Sie knock-out Glutamat aus chemosensory und mechanosensory Zellen dann verlieren Sie das Verhalten. Aber wenn Sie knock-out nur eine, die Tiere reagieren normalerweise“, sagt López-Cruz. „Das sagt uns, dass es zwei parallele und redundante Pfade für die Erkennung von Lebensmitteln.“

„Das macht Sinn“, fügt Bargmann, „denn Essen ist wahrscheinlich zu wichtig, um überleben zu repräsentieren, die es nur in einer einzigen form.“

Unvergessliche Mahlzeiten

Die Untersuchung der Langlebigkeit von lokalen suchen, die Forscher festgestellt, dass, wenn mechanosensory oder chemosensory Neuronen werden angeregt, Sie wirken auf MGL-1-Rezeptoren zu ändern, die Tätigkeit der ADE-oder AIA-Zellen, die für Minuten zu einer Zeit. Diese zelluläre Veränderung, die wiederum löst andere Neuronen, die verantwortlich für die lokale Suche.

Kurz gesagt: Wenn geht die Nahrung fehlt, Wurm Aktivität des Gehirns verändert sind, die für einen längeren Zeitraum, woraus sich eine erweiterte Suche Zeit. Dieser Prozess, sagt López Cruz, scheint die Bildung eines Gedächtnisses im Zusammenhang mit änderungen in der Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln.

„Wenn wir den Wurm das Essen Weg, wir sind im wesentlichen ein Lebensmittel-Entfernung Reiz. Die Verhaltensänderung, die folgt, überdauert die Anregung von fünfzehn Minuten, die im Einklang mit Kurzzeitgedächtnis“, sagt er.

Der Wechsel von der lokalen zur globalen Suche, sagt Bargmann, scheint zu reflektieren den Prozess des Vergessens.