Ученые МГУ получили полную реконструкцию зрительной системы насекомых

Команда исследователей МГУ с коллегами получила первую реконструкцию зрительной системы миниатюрных паразитических наездников — Megaphragma viggianii — в высоком разрешении. Об этом сообщили в пресс-службе вуза. 

Результаты показали, что у данных 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. 

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 имеют недостатки как объекты исследования. 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.  

В своей работе 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. Они являются миниатюрными насекомыми и имеют длину 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, и в целом микронасекомых 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 сравнивали с таковым у плодовых мушек и медоносных пчел, имеющих бо́льшие размеры. Так, 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, ученые 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 один из авторов исследования, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник кафедры энтомологии биологического факультета МГУ Анастасия Макарова.