V-ați întrebat vreodată cum reușesc muștele de fructe să se miște fără probleme într-o lume complexă și imprevizibilă? Această întrebare aparent banală este în centrul unei cercetări avansate la Facultatea de Medicină a Universității Washington din Seattle. Cercetătorii au folosit benzile de alergare pentru a studia propriocepția la muștele de fructe, scrie earth.com.
Benzile de alergare miniaturale și muștele de fructe
O parte esențială a acestei cercetări este utilizarea unor benzi de alergare în miniatură, concepute special pentru muștele de fructe. Studiul a fost condus de Brandon G. Pratt, proaspăt absolvent de doctorat în fiziologie și biofizică și bursier al Fundației Naționale pentru Știință.
Configurația benzii de alergare este relativ simplă. Pratt a creat-o din piese ieftine, îmbunătățind un prototip al lui Max Mauer, un absolvent al aceleiași instituții. Întrebarea este, de ce să folosim o bandă de alergare și care este imaginea de ansamblu?
Mișcarea și echilibrul muștelor de fructe
Orice creatură care se deplasează, de la insecte la oameni, trebuie să recunoască și să se adapteze rapid la schimbările neașteptate de sub picioare. Dacă nu reușește să facă acest lucru, se poate poticni mult și, eventual, se poate prăbuși neașteptat.
Aici este locul în care sistemul nervos joacă un rol vital. Acesta detectează evenimentele neașteptate și controlează corpul pentru a-și recăpăta echilibrul, făcând astfel posibilă navigarea.
Aceste probleme de echilibru sunt studiate la Departamentul de Fiziologie și Biofizică al UW, sub supravegherea profesorului asociat John Tuthill, unde Pratt și-a desfășurat cercetarea doctorală.
Pratt nu a fost singur în acest demers. Colegii săi de laborator, Su-Yee J. Lee și Grant M. Chou, au contribuit semnificativ la acest proiect fascinant.
Propriocepția
Laboratorul lui Tuthill se concentrează pe propriocepție – capacitatea corpului de a-și simți mișcarea și poziționarea. Este un aspect esențial al coordonării noastre, disfuncționalitățile cauzând dificultăți în sarcinile zilnice, cum ar fi ridicarea unui pahar cu apă sau pur și simplu mersul pe jos.
În laborator, cercetătorii au folosit experimentul cu roata rulantă a muștelor de fructe pentru a studia modul în care propriocepția controlează corpul atunci când acesta devine dezechilibrat în timpul mișcării.
Aceasta nu este o sarcină ușoară, deoarece perturbările propriocepției pot altera comportamentele animalelor și încurca examinarea rolului propriocepției în activitățile naturale.
Benzile de alergat: Nu doar pentru oameni
Timp de decenii, benzile de alergare au fost utilizate eficient pentru a reaprinde dorința de a merge la animalele cu perturbări ale sistemului nervos.
Nu doar la muștele de fructe, ci și la o varietate de creaturi precum gândacii, rozătoarele, pisicile și, desigur, oamenii. Există chiar și o variantă, cunoscută sub numele de benzi de alergare cu centuri despicate, care ajută cercetătorii să înțeleagă coordonarea picioarelor atunci când picioarele dintr-o parte a corpului se mișcă cu o viteză diferită de cele din cealaltă parte.
Inspirați de aceste metode, Tuthill și echipa sa au proiectat versiuni miniaturale ale acestor benzi de alergare pentru a studia locomoția la muștele de fructe.
Și de ce muștele de fructe? Pentru că sunt un sistem model bun. Cu un sistem nervos compact, complet cartografiat și cu disponibilitatea instrumentelor genetice, ele oferă oportunități unice pentru manipularea precisă a sistemului nervos.
Descoperiri în locomoția muștelor de fructe
Constrângând muștele să meargă pe benzile de alergare nou create, cercetătorii au putut urmări mișcarea lor în 3D pe termen lung. Acest lucru le-a permis să analizeze mersul la diferite viteze la muștele cu și fără tulburări de propriocepție.
Cercetătorii au constatat că muștele de fructe au mers în rafale pe mini banda de alergare. Au sprintat până în partea din față a camerei benzii de alergare, apoi au mers cu cureaua înapoi. Aproximativ jumătate din timpul lor a fost petrecut mergând, iar ele au accelerat atunci când banda de alergare a făcut-o.
Înălțimea corpului lor a crescut chiar și atunci când au mers mai repede – o trăsătură comună cu oamenii și gândacii. Cea mai mare viteză de mers raportată vreodată la muștele de fructe, impresionanta viteză de 50 de milimetri pe secundă, a fost atinsă în cadrul acestor experimente.
Cheia coordonării
Atunci când cercetătorii au redus genetic la tăcere neuronii care stau la baza propriocepției și au rulat insectele pe banda de alergare, au observat un alt fenomen interesant.
Muștele făceau mai puțini pași, dar mai mari. Cu toate acestea, coordonarea picioarelor lor nu părea să fie afectată.
Acest lucru sugerează că alți neuroni proprioceptivi ar putea fi esențiali pentru coordonarea mersului sau că sistemul nervos ar fi compensat lipsa de feedback.
Benzile de alergat: Un instrument de cercetare valoros
Cercetătorii de la University of Washington School of Medicine din Seattle au descoperit că benzile de alergare sunt instrumente neprețuite pentru investigarea mecanismelor neuronale și comportamentale ale locomoției muștelor.
În urma activității lor, experții și-au dat seama că benzile de alergare acoperă un decalaj important între mersul liber și preparatele legate, luminând și mai mult comunitatea științifică cu privire la comportamentul muștelor.
Într-o dovadă de generozitate intelectuală, echipa a pus la dispoziția colegilor cercetători proiectele sistemelor lor miniaturale de treadmill ca sursă deschisă și gratuită.
Cercetarea a fost susținută de numeroase granturi și premii, inclusiv o bursă de cercetare pentru absolvenți a Fundației Naționale pentru Știință și un premiu pentru inovare al UW.