ריחות מקודדים בטבעות במוחם של ארבה נודד

פרסומת
X-ray_Promo1


הארבה הנודד לוקוסטה מיגרטוריה הוא מזיק יבול חשוב מבחינה כלכלית שאומרים שהגיע למצרים בברית הישנה בתור השמינית מתוך עשר מכות המקרא, "כדי לטרוף את כל הצמחים הצומחים". הארבה הנודד נמצא רק לעתים נדירות באירופה, אך באפריקה ובאסיה הוא לא רק גורם נזק בשווי מיליוני דולרים אלא גם משפיע קטלני על התושבים המקומיים, ומאיים על מזונם ועל עצם קיומם. הארבה מתרחש בשני שלבים: כחיות בודדות ובנחילים. החרקים חוששים ביותר כאשר הם מופיעים בלהקות גדולות ומשמידים יבול שלמים.

פרסומת

הארבה הנודד שונה מחרקים אחרים במבנה האנטומי של מוח הריח שלהם, אונת האנטנה, הקולטת ומעבדת מידע חוש הריח מהאנטנה. לאונה האנטנה הארבה יש ארכיטקטורה נוירונית ייחודית ולא שגרתית עם יותר מ-2000 יחידות חוש ריח פונקציונליות כדוריות, הגלומרולי, בעוד שלרוב החרקים האחרים יש רק בין 20 ל-300 גלומרולים באונה האנטנה.

מדענים במכון מקס פלנק לאקולוגיה כימית מתעניינים כיצד חרקים תופסים ריחות ומעבדים אותם במוחם. אולם מעל לכל, הם רוצים לדעת כיצד תפיסת הריח משפיעה על התנהגותם.

"המטרה שלנו הייתה לפתור את החידה ארוכת השנים של האופן שבו ריחות מקודדים באוכלוסיית הגלומרולי הגדולה ביותר, היחידות המבניות והתפקודיות באונה האנטנה של ארבה נודד. הארכיטקטורה המורכבת ביותר הזו של אונת האנטנה הארבה נצפתה במשך עשרות שנים, אבל המנגנונים הבסיסיים של קידוד ריח נשארו בגדר תעלומה בגלל היעדר שיטות מתאימות", אומר Xingcong Jiang, המחבר הראשון של המחקר.

הצגת שיטת CRISPR/Cas9 ייצגה פריצת דרך מתודולוגית עבור החוקרים, שכן היא אפשרה את הקמת הארבה הנודד הטרנסגני הראשון המבטא את חיישן הסידן GCaMP המקודד גנטית בתאי עצב חוש ריח. GCaMP הוא חלבון שמפלורס כשהוא קושר סידן, המשתחרר לתאים כשהם פעילים. באמצעות הדמיה פונקציונלית של סידן 2-פוטונים, המדענים הצליחו למדוד ולמפות את דפוסי ההפעלה המרחביים עבור ספקטרום רחב של ריחות רלוונטיים מבחינה אקולוגית בכל ששת שלבי ההתפתחות של הארבה הנודד.

"התוצאות שלנו חושפות ארגון פונקציונלי בצורת טבעת יוצא דופן של אונת האנטנה המורכבת מצבירים גלומרולריים ספציפיים. סידור גלומרולרי זה, שנוכל לאשר על ידי ביטוי גנטי ממוקד של קולטן חוש ריח מאופיין היטב, קיים לאורך כל ההתפתחות, והדפוס של קידוד הריח באוכלוסיית הגלומרולרית עקבי בכל שלבי ההתפתחות, משלב הנימפה הראשונה ועד הארבה הבוגר", מסכמת סילק זקס, ראש קבוצת המחקר לקידוד הריח במכון מקס פלאנק, ממובילות המחקר.

הארבה הנודד אינו אורגניזם לדוגמה כמו זבוב החומץ תסיסנית מלנוגסטר. שינוי גנים היה אפוא אתגר מרכזי עבור החוקרים. יש ללמוד פרמטרים רבים, מה שהופך את התהליך לזמן רב. נפח המוח הגדול בצורה יוצאת דופן של הארבה גם מקשה על צילום וניתוח נתוני תמונה. "אנחנו הקבוצה הראשונה בעולם שהצליחה ליישם את שיטת הדפיקה הספציפית לאתר על ארבה. אנחנו יודעים מהספרות ששיעור ההצלחה של סוג זה של טרנסגנזה הוא נמוך מאוד, אבל הצלחנו", אומר Xingcong Jiang .

מעניין לציין שהקידוד המרחבי של הריחות באונה האנטנה של הארבה משקף את המבנה הכימי של הריחות ולא את הערכיות שלהם – בין אם נעים או דוחה – שלא כמו בזבובים, למשל, שם ערכיות הריחות כבר מיוצגת באונה האנטנה. , עם ריחות נעימים המפעילים מבנים שונים מאשר לא נעימים. "צפינו שריחות של מחלקות כימיות מסוימות מעוררים דפוס מסוים: לדוגמה, תרכובות ארומטיות בעלות מבנה כימי דומה אך משמעות התנהגותית הפוכה מעוררות תגובות חזקות יותר באזורים ההיקפיים של אונת האנטנה. אנו מסיקים שהייצוג של ערכיות הריח אינו מקודד באונה האנטנה, אבל במרכזי מוח גבוהים יותר כמו גוף הפטרייה והקרן הצדדית", אומר ביל הנסון, מנהל המחלקה לנוירואתולוגיה אבולוציונית, ואחד מהכותבים הראשיים.

מבנה הטבעת של קוד הריח הוא מאפיין אנטומי ייחודי של הארבה הנודד. עם זאת, מנגנון קידוד זה אינו ניתן בהכרח למיני ארבה אחרים. "אנו תוהים האם המבנה בצורת הטבעת הזה הוא חלופה גרועה יותר או פתרון טוב יותר עם יתרונות על פני הסידור הגלומרולרי שמצאנו בזבובים. מחקרים עתידיים שחוקרים את כללי קידוד הריח במינים אחרים של חרקים יראו אם מיני ארבה אחרים פיתחו תופעה דומה דפוס קידוד", אומר Silke Sachse, שכבר מתכוון למחקרים נוספים.

כיצד חרקים תופסים ומעבדים ריחות וכיצד תפיסת הריח משפיעה בסופו של דבר על התנהגותם חשובה להבנה מעמיקה יותר של האינטראקציות האקולוגיות של חרקים עם סביבתם. זה יכול, למשל, לעזור לייעל את השליטה במזיקי גידולים כגון ארבה נודד. "אנו מאמינים שהבנה טובה יותר של מנגנוני קידוד הריח במרכז הריח הראשוני של מוח הארבה תעמיק באופן משמעותי את הידע שלנו על המודולציה הנוירונית העומדת בבסיס התנהגויות מתווכות ריח, כמו היווצרות נחילי ארבה", אומר ביל הנסון.



קישור לכתבת המקור – 2024-06-18 18:57:10

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס

עוד מתחומי האתר