Частота сердцебиения дрозофил изменилась при появлении опасности

Португальские ученые выяснили, что у мух дрозофил при приближении опасности меняется скорость сердечных сокращений. Физиологическая реакция на угрозу оказалась характерна для плодовых мушек, хотя ранее считалось, что это свойство только позвоночных. Исследование опубликовано в Current Biology.

Молекулярные механизмы регуляции сердечной деятельности у дрозофил подробно изучены, так как они схожи с регуляцией млекопитающих, несмотря на разницу в строении. В частности, у плодовых мушек подробно изучена регуляция сердечного ритма с помощью нейромедиаторов: серотонин увеличивает частоту сердечных сокращений на всех стадиях развития мушки, октопамин и дофамин никак не влияют на личинок, но у куколок снижают частоту сокращений, а у взрослых особей наоборот — увеличивают. Также ученые установили девять пептидов, которые регулируют сердечную активность у личинок дрозофил.

Но несмотря на то, что на молекулярном уровне механизмы понятны, неясно как сердечная активность связана с внешними стимулами. У позвоночных, например, существуют определенные физиологические реакции на опасность: так, если человек выбирает бегство или борьбу, то сердцебиение учащается, а если оцепенение — то замедляется. Поведение беспозвоночных также изменяется при приближении угрозы, даже установлена нейрональная иннервация, а физиологические изменения (в частности частота сердцебиения) не изучены.

Группа португальских ученых из Исследовательского центра Шампалимо (Champalimaud Research) под руководством Наталии Барриуш (Natalia Barrios) решила выяснить, насколько связаны поведенческие реакции на опасность и частота сердечных сокращений у плодовых мушек Drosophila melanogaster. Чтобы одновременно наблюдать за сердцебиением и поведением мушки исследователи изучали трансгенных дрозофил, кардиомиоциты которых флуоресцируют, и их можно наблюдать через кутикулу на спине. Сердечная камера плодовой мушки состоит из двух последовательных рядов кардиомиоцитов, которые перекачивают кровь от брюшка к голове или обратно, поэтому сокращения двух скоплений кардиомиоцитов асинхронно. Благодаря этому можно не только посчитать скорость сердцебиения, но и определить, в какую сторону движется гемолимфа.

В эксперименте к внешней стороне крыльев было прикреплено покровное стекло — оно мешало мушке улететь, а исследователям позволяло наблюдать за сердцебиением через инфракрасную камеру. Под насекомым находился шарик, свободно вращающийся при движении ног. Такая конструкция решала сразу несколько проблем: мушка не могла улететь или убежать и нарушить наблюдение, а подвижный шарик не сковывал ее движения, позволяя полноценно реализовывать поведенческие реакции. 84 мушкам из экспериментальной группы показывали надвигающуюся черную точку (потенциальную опасность для многих видов мух, в том числе дрозофил), а 32 насекомым из контрольной группы — скопление маленьких мерцающих черных точек, не вызывающих страха. Во время демонстрации видео через инфракрасную камеру над дрозофилой исследователи наблюдали за сердечными сокращениями, их частоту и интенсивность определили с помощью быстрого преобразования Фурье. После стрессирования у мушек, которые замирали, проанализировали концентрацию глюкозы и трегалозы, так как оцепенение традиционно считается механизмом экономии энергии.

Оказалось, что как и у позвоночных, испуг у мушек может вызывать нарушение сердечного ритма и следующую за ним тахикардию или брадикардию. При максимальной частоте сердечных сокращений 6,33 герца в нормальном состоянии, при замирании частота снижалась на 1,35 герца, а при побеге достигала 7 герц. При этом вне зависимости от частоты сердечных сокращений инверсия потока гемолимфы учащалась, но более длительными и интенсивными стали сокращения, ведущие гемолимфу к груди и голове. А концентрация сахаров при оцепенении снижалась (p = 0,07), а значит эта реакция довольно энергозатратная.

У позвоночных изменение частоты сердцебиения в ответ на приближающуюся угрозу регулируется симпатической нервной системой. У беспозвоночных же она отсутствует, поэтому, вероятно, у них есть аналогичная не известная на данный момент система регуляции сердечной деятельности. Также предстоит выяснить, куда тратится энергия при замирании, и почему увеличивается приток гемолимфы к голове.

Дрозофилы — популярный объект исследования, поэтому сегодня мы знаем о них много интересных фактов. Например, могут ли мушки выжить без сна, есть ли у них есть сенсоры холода и что отсутствие кишечных бактерий дрозофил сделало их гиперактивными.

Анастасия Сверкунова