Znajdź zawartość

Pozbawione seksu samce muszek owocowych (Drosophila melanogaster) szukają ukojenia w alkoholu. Prof. Troy Zars, neurobiolog z University of Missouri, uważa, że zidentyfikowanie molekularnych i genetycznych mechanizmów kontrolowania zapotrzebowania na nagrodę może potencjalnie wpłynąć na rozumienie uzależnień od narkotyków i alkoholu u ludzi. Ostatnio akademicy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco zademonstrowali, że samce D. melanogaster, które wielokrotnie spółkowały w ciągu kilku dni, nie wykazywały preferencji w kierunku pożywienia zawierającego alkohol. Jeśli jednak samiec został odrzucony przez wybrankę lub nie miał dostępu do samic, pociąg do pokarmu zmieszanego z 15% alkoholem był u niego bardzo silny. Biolodzy uważają, że etanol zaspokajał zapotrzebowanie na fizyczną nagrodę. Podczas eksperymentów na UCSF samce D. melanogaster umieszczano albo w pojemnikach z dziewicami, albo z samicami, które już spółkowały. Podczas gdy te pierwsze szybko kopulują, te drugie tracą zainteresowanie amorami na czas oddziaływania substancji zwanej peptydem seksu. Samce wstrzykują ją w czasie spółkowania razem ze spermą. Odrzucone samce przestawały podejmować próby zdobycia samicy. Nie odzyskiwały wigoru i chęci nawet po umieszczeniu w pojemniku z dziewicami. Gdy zawiedzeni w miłości trafiali do pojemnika, gdzie mieli do dyspozycji 2 słomki: jedną zapewniającą czyste pożywienie, drugą z dostępem do jedzenia z domieszką alkoholu, można było zauważyć, że niezaspokojenie seksualne zwiększało chęć korzystania z procentów. Amerykanie tłumaczą, że kopulacja podwyższa, a deprywacja zmniejsza poziom neuropeptydu F (NPF). Z kolei aktywacja lub inhibicja układu NPF ogranicza albo wzmacnia preferencje alkoholowe. Uzyskane wyniki łączą zatem doświadczenia seksualne (społeczne), aktywność układu NPF i spożycie etanolu. Sztuczna aktywacja neuronów NPF jest nagradzająca sama w sobie i eliminuje zdolność nagradzającą alkoholu. Wg naukowców, aktywność osi NPF-receptor NPF oddaje stan układu nagrody muszki i odpowiednio modyfikuje zachowanie. Podczas doświadczeń Heberlein, Shohat-Ophir i inni zauważyli, że analogiczne zachowania da się wywołać za pomocą manipulacji genetycznych. Aktywując produkcję neuropeptydu F w mózgach samców, które nigdy nie spółkowały, można sprawić, że zachowują się one jak osobniki zaspokojone seksualnie, co przejawia się m.in. ukróceniem spożycia alkoholu. Z drugiej strony, obniżenie liczby receptorów NPF u samców po kopulacji sprawia, że zachowują się, jakby doznały odrzucenia (objawia się to wzmożonym piciem). Jako komentator ustaleń ekipy doktora Galita Shohata-Ophira Zars podkreśla, że pokusa przełożenia wyników badań na muszkach na człowieka jest ogromna, zwłaszcza że u ssaków występuje homolog neuropeptydu F - neuropeptyd Y (NYP). Na razie jednak trudno ferować ostateczne wyroki w tej sprawie. Jeśli okaże się, że neuropeptyd Y jest przetwornikiem między stanem psychicznym a tendencją do nadużywania alkoholu i narkotyków, będzie można opracować metody terapii bazujące na hamowaniu receptorów NYP - wyjaśnia dr Ulrike Heberlein z UCSF. Trwają właśnie testy kliniczne, w ramach których sprawdza się, czy podanie neuropeptydu Y usuwa niepokój i inne zaburzenia nastoju. Skądinąd wiadomo bowiem, że w depresji i zespole stresu pourazowego, jednostkach chorobowych, które dość często wiążą się z nadużywaniem alkoholu i narkotyków, poziom neuropeptydu Y w mózgu spada. Manipulowanie poziomem NYP nie wydaje się jednak takie proste, ponieważ występuje on w całym mózgu i jak zademonstrowały badania na gryzoniach, wpływa na wiele funkcji, w tym odżywianie i sen.

Pieśń zalotna samca muszki owocowej nie tylko wprawia samicę w nastrój godowy, ale i przygotowuje ją na ewentualną chorobę. Entomolodzy z University of St Andrews zauważyli, że dźwięki wydawane przez samca zwiększają aktywność różnych genów, które w większości przypadków są związane z działaniem układu odpornościowego. Pieśń godowa samca Drosophila melanogaster powstaje w wyniku drgania skrzydeł. Na samicę działa wyłącznie pieśń partnera z jej gatunku. Na czym jednak polega pobudzenie, a konkretnie jak się przejawia na poziomie genów? Takie właśnie pytanie zadali sobie prof. Michael Ritchie i Elina Immonen z uniwersyteckiego Centrum Biologicznej Różnorodności. Stwierdzili, że na zaloty samca reagują geny zaangażowane w sygnalizację i powonienie, ale najsilniej odpowiadają geny odpowiadające za odporność. Wydaje się, że przygotowanie przez samicę do spółkowania obejmuje niezbyt romantyczne przewidywanie potencjalnego zakażenia – tłumaczy Ritchie. Uzyskane wyniki sugerują, zmiany, o których sądzono, że zachodzą w odpowiedzi na kopulację, mogą de facto stanowić adaptacyjne przygotowanie do aktu płciowego, włączając w to przewidywanie szkodliwych kontaktów [np. prowadzących do urazu] oraz podwyższonego ryzyka zakażenia patogenami.

Białko NOTCH, które pomaga we wczesnym rozwoju mózgu, może zwalczyć stan rozproszenia wywołany pozbawieniem snu (Current Biology). To interesujące, że NOTCH, białko odgrywające tak ważną rolę w rozwoju, spełnia także istotne funkcje w dorosłym mózgu. Ku swojemu zaskoczeniu odkryliśmy, że gdy aktywność NOTCH ulega wzmocnieniu w mózgach pozbawionych snu muszek owocowych, owady mogą pozostać czujne i uczyć się w sytuacji deprywacji. Zachowują się, jakby dobrze przespały całą noc – opowiada dr Paul Shaw ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Washingtona w St. Louis. Badania Shawa mają wspomóc ludzi zmuszonych do pracy w warunkach skrajnego ograniczenia snu, np. udzielających pomocy ofiarom kataklizmów czy żołnierzy. Akademicy badali zdolność uczenia owocówek, łącząc w pary bodźce negatywne (chininę, której owady wolą unikać) z pozytywnymi (światłem, którego muszki instynktownie poszukują). Kiedy owocówkom dano do wyboru rurę zaciemnioną oraz rurę oświetloną, lecz z chininą w środku, owady uczyły się tłumić naturalną pokusę, by podążyć w stronę światła. Niestety, podobnie jak ludzie, muszki owocowe wykazują w ciągu dnia stopniowy spadek wydajności intelektualnej. Dłuższe pozbawienie snu sprawia, że spadek zdolności poznawczych jest ostrzejszy. Shaw zainteresował się NOTCH, gdy zauważył, że pozbawienie snu prowadzi u Drosophila melanogaster do zwiększonej aktywności genu hamującego działanie NOTCH. Podobny mechanizm wykryto później u ludzi. Zespół z St. Louis wykazał następnie, że po genetycznych manipulacjach prowadzących do wyłączenia tłumiącego genu (supresora) aktywność NOTCH rosła, dzięki czemu muszki mogły się nadal uczyć mimo braku snu. Aby dokładniej poznać rolę NOTCH, Shaw i dr Laurent Seugnet z Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon sprawdzali, w jakiej dokładnie części mózgu powstaje to białko. Okazało się, że u dorosłych D. melanogaster NOTCH wytwarzały komórki gleju. Co ciekawe, zazwyczaj glej jest postrzegany jako bierne wsparcie, także żywieniowe, dla neuronów. Shaw uważa, że w świetle wyników uzyskanych przez amerykańsko-francuski zespół trzeba będzie przedefiniować rolę spełnianą przez glej i uznać, że aktywnie oddziałuje on na różne procesy, w tym na sen. By zmniejszyć lub spowolnić deficyty poznawcze związane z wydłużonym okresem czuwania, co bardzo przyda się ratownikom czy kontrolerom ruchu lotniczego, w przyszłości wystarczy wpłynąć na glej.

Muszki owocowe (Drosophila melanogaster) potrafią odróżnić dwa izotopy wodoru: prot ("zwykły" wodór) i deuter (D). Odkrycie to dużo wnosi do rozumienia działania powonienia. Wiele wskazuje bowiem na to, że dla rozpoznania zapachu istotniejsza jest częstotliwość drgań wiązań niż kształt cząsteczki. Dr Efthimios Skoulakis z Centrum Badań Biomedycznych Aleksandra Fleminga w Grecji prezentował owadom acetofenon (C8H8O), organiczny związek chemiczny o intensywnym zapachu kojarzącym się z zasuszonymi różami. Do eksperymentów zespół wykorzystywał labirynt o kształcie litery T. W jednej odnodze znajdowała się cząsteczka ze zwykłym wodorem, a w drugiej z wodorem zastąpionym deuterem. Muszki mogły wybierać, gdzie się skierują. D. melanogaster znane są ze swego doskonałego węchu. Zademonstrowały go także i w tym przypadku. Zdecydowanie wolały cząsteczki acetofenonu z większą liczbą atomów protu. Awersja do cząsteczki wysyconej deuterem rosła z liczbą atomów podstawionych D. Gdy do tego samego labiryntu wprowadzono owady pozbawione węchu przez modyfikacje genetyczne, nie uwidaczniały się żadne preferencje. Grecko-amerykański zespół dodatkowo potwierdził, że muszki owocowe odróżniają cząsteczki z protem i deuterem. Owady uczono unikania poszczególnych wersji acetofenonu, stosując delikatne rażenie prądem (naukowcy uciekli się więc do warunkowania). Skoulakis podkreśla, że uzyskane wyniki wydają się potwierdzać teorię węchu zaproponowaną w 1996 r. przez współautora opisywanego studium doktora Lukę Turina z MIT-u. Postulował on, że substancje zapachowe są wykrywane dzięki drganiom, a nie unikatowemu kształtowi cząsteczek. W jądrze deuteru znajdują się proton i neutron, a w jądrze protu tylko proton. Waga atomu D jest więc ok. 2-krotnie większa, co sprawia, że wiązania między nim a innymi atomami w cząsteczce drgają wolniej. Teoria Turina jest inna od teorii cząsteczki pasującej do kształtu białka receptorowego jak klucz do zamka. Jej autor sądzi, że cząsteczka odorantu pokona błonę receptora tylko wtedy, gdy jej wiązania będą drgać ze ściśle określoną częstotliwością. Acetofenon z protem drga inaczej od acetofenonu z deuterem, cząsteczki pachną więc inaczej, mimo że mają identyczny kształt. Na kolejnym etapie badań ekipa uciekła się do nitryli, gdzie częstotliwość drgań jest podobna do odnotowywanej w obrębie wiązań deuter-węgiel. Okazało się, że także i one nie przypadły muszkom do gustu i kręciły na nie nosem. Dr Turin ujawnia, że istnieją niepublikowane dane, że psy mogą mieć podobne zdolności co owocówki i ignorują zapachy, które nauczono je wykrywać, jeśli prot zamieniono na deuter.

Dlaczego sen jest nam niezbędny i jaki jest mechanizm zmuszający nas do spania - na to pytanie nie ma wciąż zadowalającej odpowiedzi. Do wyjaśnienia zagadki snu zbliżają nas jednak kolejne badania, w tym eksperymenty na zwierzętach. Uczeni najczęściej porównują funkcjonowanie organizmów żyjących normalnie osobników z osobnikami pozbawianych snu. Ostatnie eksperymenty na muszkach owocówkach, głodzonych i pozbawianych snu, dają ciekawe wyniki, sugerując związek lipidów (rodzaju tłuszczy) a zwłaszcza trójglicerydów z potrzebą snu. Uczeni wykorzystali muszki owocowe zmodyfikowane genetycznie, które pozbawiano snu przez potrząsanie, kiedy tylko próbowały spać; część z nich była najedzona, część w czasie eksperymentu głodowała. Muszki z mutacją w genie cycle odpowiedzialnym za ich zegar biologiczny mają podniesiony poziom trójglicerydów. Okazały się one bardzo wrażliwe na deprywację senną - potrzebują odsypiać okres bezsenności, a już po dziesięciu godzinach bez snu zaczynają zdychać. Przynajmniej te najedzone, bo muszki głodne potrafiły obyć się bez snu do 28 godzin bez potrzeby odsypiania. Kiedy jednak sztucznie hamowano rozkład trójglicerydów w organizmach głodzonych owadów, powracała potrzeba snu. Podobnie ma się sprawa z muszkami posiadającymi zmienioną wersję genu brummer, mają one również wysoki poziom lipidów i potrzebują intensywnego „odsypiania" po przedłużonej aktywności, konieczność tę redukuje głodówka. Z kolei muszki z mutacją w genie Lsd2 są chudsze od zwykłych osobników i mają niski poziom lipidów. One nie potrzebują w ogóle odsypiania okresu bezsenności. We wszystkich doświadczeniach głodujące osobniki były bardziej aktywne i potrzebowały mniej snu. Wyniki eksperymentów sugerują dość wyraźnie, że senność powiązana jest z rosnącym poziomem lipidów w organizmie, w szczególności trójglicerydów. W miarę tego wzrostu zwierzęta stają się bardziej senne i ospałe. Oznaczałoby to, że zjawisko snu ma podłoże metaboliczne: głodówka spowalnia tworzenie się substancji indukujących senność. Mechanizm likwidowania senności przez uczucie głodu, zdaniem uczonych, ma podłoże ewolucyjne. W naturze osobnik głodny powinien raczej szukać pożywienia, a nie miejsca do snu, jeśli chce przeżyć. Znalezienie mechanizmu, w jaki poziom lipidów wpływa na potrzebę snu daje szansę na opracowanie skutecznych i bezpiecznych leków likwidujących bezsenność i inne dolegliwości związane ze snem. Autorzy badania to Paul Shaw neurolog na Washington University School of Medicine, St. Louis oraz Robert Greene z University of Texas: Southwestern Medical Center, Dallas i Jerome Siegel neurolog na University of California, Los Angeles.

Dzięki zamrażaniu muszek owocowych (Drosophila melanogaster) naukowcy z Rutgers University zamierzają wydłużyć okres przydatności narządów przeznaczonych do transplantacji. Amerykanie testują na owadach, których pełno w sadach i naszych kuchniach w okresie letnim, działanie enzymu regulującego poziom energetyczny organizmu. Wyłączenie molekularnego termostatu może skutkować zwiększoną tolerancją zimna. Jak łatwo się domyślić, zjawisko to powinno znaleźć zastosowanie w różnych dziedzinach życia, w tym w transplantologii. W tym miejscu warto przypomnieć, że obecnie okres optymalnego wykorzystania narządów wynosi zaledwie 24 godziny. Biolodzy z Rutgers otrzymali dofinansowanie od Narodowych Instytutów Zdrowia. Teraz chcą uzyskać odporne na zimno muszki, a w ciągu następnych 3 lat ludzkie komórki o tych samych właściwościach. Wszystko zaczęło się od prof. Daniela Shaina, który zastanawiał się, jak wazonkowce z rodzaju Mesenchytraeus nie tyle przeżywają, co rozkwitają w tak niskich temperaturach; warto wspomnieć, że zwierzęta te odkryto w 1887 r. na Alasce, a konkretnie na lodowcu Muir. Okazało się, że ich tajemnicą jest enzym fosfataza kwasu adenozynomonofosforowego (AMP). Wiedząc to, Shain poprosił kolegę z uczelni prof. Nira Yakoby'ego, specjalistę od muszek owocowych, o stworzenie owadów wykazujących identyczną tolerancję na zimno. Celem jest sprawienie, by ludzkie komórki przeżywały na lodzie. Mamy szczęście, że w kadrze akademickiej znajduje się ekspert ds. Drosophila, który testuje genetyczny wyłącznik. W przyszłym roku Shain wybiera się do Tybetu, by tam przyglądać się jego działaniu w naturze. Ponieważ nie tylko Mesenchytraeus żyją na lodzie, zespół sprawdza, jak bakterie, grzyby i glony przełamują barierę wewnętrznych termostatów. Shain uzyskał ten wyłącznik w organizmach jednokomórkowych i teraz próbujemy posunąć się w górę drzewa filogenetycznego do bardziej złożonych form życia. Jeśli sprawimy, że ludzkie komórki przeżyją na lodzie, możemy oczekiwać, iż narządy zachowają się tak samo. Organy to przecież zbiory komórek – podsumowuje Yakoby.

My, ludzie, uważamy swój wzrok za coś doskonałego i traktujemy jako „wzorzec" wyglądu świata. A tymczasem pod wieloma względami na tym polu biją nas nie tylko zwierzęta takie jak sowy ale także wiele owadów, nawet głupiutkie muszki - owocówki. Jakich właściwości wzroku powinnyśmy najbardziej zazdrościć innym stworzeniom? Wybór jest szeroki: widzenie w ciemnościach, postrzeganie podczerwieni i ultrafioletu, postrzeganie polaryzacji światła, natychmiastowa detekcja ruchu. Tylko filmowy Predator miał to wszystko. Każdy pewnie wybrałby co innego, sportowcom, na przykład piłkarzom, zapewne przydałaby się umiejętność natychmiastowej reakcji na ruch - jakże wzrosła by ich skuteczność! My możemy sobie tylko o tym pomarzyć a tymczasem taką umiejętnością dysponują zwykłe muchy. Jak się okazuje, mikroskopijny móżdżek muchy potrafi przetwarzać sygnały wizualne z szybkością nieosiągalną ani dla nas, ani dla najlepszych superkomputerów. Postrzegają one najszybszy nawet ruch, trwający ułamki sekund, w sposób, jaki można porównać jedynie z obserwowaniem ruchu w zwolnionym tempie. Matematyczny model przewidujący w jaki sposób mózg muchy przetwarza obraz powstał już w 1956 roku. Potwierdziło go wiele eksperymentów, przez pół wieku jednak niewykonalne było zbadanie i zweryfikowanie rzeczywistej architektury połączeń pomiędzy jego neuronami. Nawet dziś, kiedy potrafimy mierzyć aktywność poszczególnych komórek nerwowych przy pomocy miniaturowych elektrod, mózg muchy jest po prostu zbyt mały na zastosowanie takiej techniki. Z zagadnieniem zmierzyli się naukowcy Instytutu Neurologicznego Maxa Plancka w Martinsried, badając w działaniu system nerwowy muszki owocówki (Drosophila melanogaster). Podeszli oni jednak do zagadnienia w zupełnie inny sposób i zamiast elektrod posłużyli się najnowszymi zdobyczami biologii i zmodyfikowali obiekt swoich badań genetycznie. Do komórek nerwowych muszki wprowadzono molekułę TN-XXL, mającą właściwości fluorescencyjne. W ten sposób neurony zmodyfikowanych muszek same sygnalizowały swoją aktywność. Do śledzenia tej sygnalizacji posłużono się laserowym mikroskopem dwufotonowym. Jako źródło „wrażeń" dla badanych Drosophila melanogaster wykorzystano ekran LED wyświetlający świetlne wzory. Potrzebne było jeszcze wyłowienie słabych sygnałów świetlnych fluorescencyjnych neuronów spośród znacznie silniejszego światła ekranu, ale po uporaniu się z tym problem i synchronizacji mikroskopu z wyświetlaczem można było przeprowadzić badania nad systemem wykrywania ruchu owocówek. W pierwszych doświadczeniach zbadano funkcjonowanie komórek L2, otrzymujących sygnały bezpośrednio z fotoreceptorów w oku muchy. Fotoreceptory reagują na dwa rodzaje zdarzeń: zwiększanie intensywności światła i jej zmniejszanie, przekazując sygnał dalej. Okazało się jednak, że badane komórki L2 przetwarzają otrzymywany sygnał i przekazują dalej tylko informację o zmniejszaniu się siły światła. Nie jest znana rola takiego szczególnego filtrowania, ale oczywiste jest, że w takim razie musi istnieć inna grupa komórek, odpowiedzialna za przekazywanie sygnałów o zwiększaniu intensywności światła. Już pierwsze eksperymenty przyniosły więc zaskakujące wyniki i odsłoniły nowe obszary badań. Zespół badawczy pod kierunkiem Dierka Reiffa liczy na wiele jeszcze odkryć i zastosowań. Zamierza on krok po kroku i neuron po neuronie prześledzić cały układ detekcji ruchu i sposób, w jaki przetwarza on informacje na poziomie komórek. Na rezultaty badań niecierpliwie czekają też współpracownicy z projektu Robotics. Członkowie zespołu to Dierk F. Reiff, Johannes Plett, Marco Mank, Oliver Griesbeck, Alexander Borst; ich praca na ten temat została opublikowana w magazynie Nature Neuroscience.

Po serii eksperymentów, w których wykazano możliwość odczytania prostych myśli wprost z mózgu, przyszedł czas na działanie dokładnie odwrotne: zapisanie w pamięci całkowicie fałszywych wspomnień. O przełomowym osiągnięciu donosi prestiżowe czasopismo Cell. Autorzy nowej metody, kierowani przez Gero Miesenböcka z Uniwersytetu w Oksfordzie, udowodnili jej skuteczność podczas testów na muszkach owocowych (Drosophila melanogaster). Wcześnie jednak dokonali innego ważnego odkrycia: namierzyli z niespotykaną wcześniej precyzją miejsce powstawania przykrych wspomnień związanych z zapachem, warunkujących unikanie bodźców dostarczonych podczas ich powstawania. Jak się okazało, u muszki funkcję tę spełnia zaledwie 12 neuronów należących do tzw. ciała grzybkowatego. Aby potwierdzić hipotezę dotyczącą funkcji badanego tuzina komórek, badacze próbowali wywołać u muszek klasyczne warunkowanie pawłowowskie. Reakcję taką wywołuje się zwykle poprzez regularne powtarzanie przykrego bodźca, np. porażenia prądem, powiązanego z bodźcem neutralnym, czyli np. zapachem, na który zwierzę normalnie nie reaguje ucieczką. Po pewnym czasie doszłoby u owada do utrwalenia się skojarzenia pomiędzy podnietami, co prowadziłoby do ucieczki w reakcji na sam zapach. Naukowcy z Oksfordu znacząco zmodyfikowali tradycyjną technikę. Zamiast prądu elektrycznego wykorzystali oni chemiczne "klatki", wewnątrz których ukryto związek zdolny do pobudzenia badanych neuronów. Aby rozłożyć kompleksy, wystarczyło wykorzystać światło lasera, zaś efektem tego zabiegu było uwolnienie stymulatora i aktywacja komórek. Po precyzyjnym wstrzyknięciu "klatek" okazało się, że ich wykorzystanie w połączeniu z ekspozycją na określoną substancję zapachową pozwala na wywołanie typowego odruchu Pawłowa. Oznacza to ni mniej, ni więcej, że chemiczna stymulacja zaledwie tuzina neuronów wystarcza do wytworzenia sztucznego wspomnienia o nieprzyjemnym, choć nierzeczywistym wydarzeniu związanym z detekcją zapachu. Choć badania na muszkach owocowych są tylko prostymi doświadczeniami modelowymi, wnioski wyciągnięte na ich podstawie mogą pomóc także ludziom. Dokładne zrozumienie biochemicznych mechanizmów powstawania wspomnień może ułatwić m.in. leczenie traumy oraz wielu innych zaburzeń psychicznych.

Stosunek płciowy to dla organizmu nie lada wysiłek, zaś jego wpływ na fizjologię wykracza daleko poza funkcjonowanie układu rozrodczego. Jak pokazują badania przeprowadzone przez szwedzkich naukowców, muszki owocowe reagują na kontakt seksualny jak na... zatrucie. Odkrycia dokonano dzięki zastosowaniu mikromacierzy - skomplikowanego narzędzia pozwalającego na jednoczesną ocenę aktywności tysięcy genów funkcjonujących w określonej grupie komórek. Na podstawie ich analizy stwierdzono, że układ odpornościowy pospolitych owadów reaguje na seks intensywną odpowiedzią immunologiczną. Sprawdzaliśmy, w jaki sposób aktywność genów zmienia się pod wpływem kopulacji i wykazaliśmy w ten sposób, że procesem znajdującym się pod najsilniejszym wpływem [aktu seksualnego] jest obrona immunologiczna - opisuje Ted Morrow, pracownik Wydziału Ekologii i Ewolucji na Uniwersytecie w Uppsali. Reakcja organizmu powoduje ograniczenie płodności zwierząt aż o około 20%. Jest to pozornie sprzeczne z ewolucyjnym dążeniem do rozrodu, lecz dokładniejsza analiza sposobu rozmnażania muszek wyjaśnia przyczyny tego nietypowego zjawiska. Okazuje się bowiem, że podczas kontaktu seksualnego samce są wyjątkowo agresywne - krzywdzą swoje partnerki nie tylko swoją gwałtownością, lecz także wytwarzaniem szkodliwych białek zawartych w nasieniu. Wiele wskazuje na to, że odpowiedź immunologiczna jest próbą neutralizacji przyjętych w czasie stosunku toksyn. Energia zużyta na uruchomienie reakcji odpornościowej jest z kolei przyczyną, dla której płodność samic spada znacznie poniżej teoretycznego maksimum. A samiec? Dla niego korzyść jest oczywista: ogranicza w ten sposób prawdopodobieństwo, że jakikolwiek inny osobnik doczeka się potomstwa, którego matką będzie ta sama samica. To okrutna, lecz bez wątpienia bardzo skuteczna metoda.

Co by się stało, gdybyśmy mogli cofnąć czas i sprawdzić, czy ewolucja jest procesem niepowtarzalnym, czy też warunki środowiska pozwalają na istnienie kilku rozwiązań tego samego problemu? Okazuje się, że można to stwierdzić - materiału do eksperymentu dostarcza wieloletnia hodowla zwierząt w warunkach laboratoryjnych. Interesujące doświadczenie zostało przeprowadzone przez badaczy z portugalskiego Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) in Portugal oraz dwóch amerykańskich uniwersytetów: Nowojorskiego oraz Kalifornijskiego. Akademicy wykorzystali swoją kolekcję muszek owocowych (Drosophila melanogaster), które zostały schwytane na wolności w 1975 roku i od tamtego czasu były hodowane w laboratorium. Różnorodne warunki, do których musiały się dostosować owady, spowodowały liczne zmiany częstotliwości występowania określonych wariantów genów, czyli alleli. Kiedy jednak wypuszczono je z powrotem na wolność na okres pięćdziesięciu pokoleń, stwierdzono wyraźną tendencję do mutacji w "odwrotnym kierunku" do tych, które zaszły podczas pobytu w laboratorium. W 2001 roku pokazaliśmy, że ewolucja jest odwracalna, gdy patrzy się na fenotypy [czyli zestaw cech wynikających z czynników genetycznych, a nie samych genów - przyp. red.], ale nawet wtedy [proces ten zachodził] tylko do pewnego stopnia. Mówiąc dokładniej, nie wszystkie cechy wracały do stanu wyjściowego. Co więcej, niektóre cechy ewoluowały powrotnie w sposób bardzo nagły, zaś innym zajmowało to więcej czasu - tłumaczy główny autor badań, Henrique Teotónio. Na podstawie eksperymentu badacz podkreśla też, jak ważna dla ewolucji jest zmiana dystrybucji (częstotliwości występowania) poszczególnych alleli. Dotychczas uważano, że najważniejszym czynnikiem odpowiedzialnym za dostosowanie się do warunków otoczenia są pojedyncze mutacje w określonych allelach Najnowsze badania pokazują, że powrót do pierwotnych warunków bytowania spowodował przywrócenie częstotliwości występowania poszczególnych alleli dla około 50% spośród genów objętych analizą. Jak ocenia Teotónio, może to oznaczać, że adaptacja trwa tak długo, aż owady dostosują się do warunków panujących w naturalnym otoczeniu. Od tego momentu pula alleli stabilizuje się, gdyż pod względem genetycznym populacja muszek osiąga stan optymalny dla danych warunków środowiska. Przeprowadzone doświadczenie może mieć istotny wpływ na badania nad bioróżnorodnością. Jego wyniki są ważne także z punktu widzenia zabiegów mających na celu powtórne uwolnienie okazów zwierząt przechowywanych w niewoli z nadzieją na odtworzenie ich pierwotnych populacji. Jeżeli badanie na niepozornych muszkach wykazało, że "odwrócenie" biegu ewolucji jest możliwe, być może podobny efekt uda się osiągnąć w przypadku znacznie większych zwierząt.

O tym, że na najlepszym lekiem na przeziębienie jest sen, mówi się od wielu pokoleń. Pomysłowe eksperymenty przeprowadzone w dzisiejszych czasach potwierdzają ponad wszelką wątpliwość, że... warto słuchać starszych. Prawdziwość hipotezy o dobroczynnym działaniu snu na naszą odporność potwierdzili naukowcy z Uniwersytetu Stanforda. Do swoich badań wykorzystali niepozorne muszki owocówki (Drosophila melanogaster), którym wstrzykiwano o różnych porach dnia i nocy porcje chorobotwórczych (także dla człowieka) bakterii z gatunków Listeria monocytogenes oraz Streptococcus pneumoniae. Badania przeprowadzone niedawno przez ten sam zespół potwierdziły, że muszki, u których celowo wywoła się zaburzenia rytmu dobowego, są znacznie bardziej podatne na infekcje od ich towarzyszek pozbawionych tej cechy. Oczywistym wyzwaniem stało się wobec tego określenie, która część dnia lub nocy jest dla układu odpornościowego okresem najbardziej wytężonej pracy. Celem najnowszej serii doświadczeń było zbadanie, w jaki sposób zmiany rytmu dobowego organizmu owada wpływają na aktywność żerną komórek odpornościowych. Proces pochłaniania ciał obcych, zwany fagocytozą, jest jednym z najważniejszych mechanizmów walki z mikroorganizmami nie tylko u muszek, lecz także u ludzi. Nasze wyniki sugerują, że odporność jest silniejsza w nocy, co jest spójne z hipotezą, zgodnie z którą białka odpowiedzialne za rytm dobowy regulują funkcje regeneracyjne organizmu, takie jak niektóre rodzaje odpowiedzi immunologicznej, w czasie, gdy zwierzęta nie są zaangażowane w czynności wymagające dużych nakładów energii, tłumaczy jedna z autorek odkrycia, Mimi Shirasu-Hiza. Ponieważ działanie systemu odpornościowego człowieka i muszki owocówki jest łudząco podobne, z dużym prawdopodobieństwem można przypuszczać, że podobne zjawisko zachodzi także w naszych organizmach. Odkrycie to jest istotne nie tylko z punktu widzenia terapii chorób zakaźnych, lecz także wielu innych schorzeń, takich jak nowotwory czy choroby neurodegeneracyjne. O swoim odkryciu naukowcy z Uniwersytetu Stanforda poinformowali na corocznym spotkaniu Amerykańskiego Stowarzyszenia Biologii Komórkowej w San Francisco.

Naukowcy z Uniwersytetu Teksańskiego dokonali odkrycia, które znacząco zmienia dotychczasowe wyobrażenie o działaniu feromonów - naturalnych substancji sygnałowych wytwarzanych przez wiele gatunków organizmów. Badania Amerykanów, oprócz posiadania oczywistego waloru poznawczego, mogą w znaczący sposób przyczynić się do rozwoju nowych metod walki z niekorzystnymi dla człowieka gatunkami owadów. Badacze zauważyli, że feromony, wbrew powszechnemu przekonaniu badaczy, nie wiążą się z neuronami bezpośrednio. Dla zajścia tego procesu potrzebne jest jeszcze białko zwane LUSH, wydzielane na zewnątrz komórek w owadzich czułkach. Aby sygnał zawarty w feromonie został przekonany do mózgu, molekuła ta musi zostać związana przez cząsteczkę białka. Dopiero powstały w ten sposób kompleks jest w stanie pobudzić komórki nerwowe i przekazać do mózgu informację wysłaną przez innego osobnika. Pod wpływem połączenia się z feromonem LUSH zmienia swój kształt i nabiera możliwości związania receptora, czyli "odbiornika" w neuronie. Istotę tego odkrycia tłumaczy dr Dean Smith, pracownik Szkoły Medycznej Uniwersytetu Teksańskiego: Gdybyśmy mogli ograniczyć tę interakcję, moglibyśmy skuteczniej kontrolować szkodniki atakujące nasze plony, insekty przenoszące malarię i wiele podobnych. W swoich badaniach Amerykanie skupili się na pojedynczym feromonie produkowanym przez muszkę owocową (Drosophila melanogaster), zwanym cVA. Jest on wytwarzany przez samce, lecz zdolność do jego odbioru posiadają osobniki obu płci. Służy on jako chemiczny sygnał gotowości do rozrodu oraz ułatwia odnajdowanie partnera przez samice. Badacze postanowili sprawdzić, w jaki sposób sygnał docierający do organizmu muszki jest przekazywany do układu nerwowego. Udział białka LUSH w przekaźnictwie informacji został potwierdzony już wcześniej, lecz do niedawna sądzono, że jego rola ogranicza się wyłącznie do transportowania feromonu w pobliże neuronu. Dzięki eksperymentom na modyfikowanych genetycznie insektach udowodniono jednak, że teoria ta nie była do końca poprawna. Aby to wykazać, wyhodowano odmiany muszek produkujące różne formy LUSH, różniące się między sobą podatnością na zmiany formy oraz kształtem. Ku zaskoczeniu badaczy okazało się, że specjalny wariant proteiny, zaprojektowany tak, by przypominał swym kształtem kompleks LUSH-cVA, ma zdolność do samodzielnego pobudzania układu nerwowego. Wykazano w ten sposób, że ani feromon, ani proteina nie są zdolne samodzielnej do aktywacji neuronów - zdolność taką posiada wyłącznie połączenie obu tych cząsteczek. Jak tłumaczy dr Smith, system przekaźnictwa sygnałów z wykorzystaniem feromonów funkcjonuje także u wielu innych gatunków owadów, co daje nadzieję na opracowanie środków zaburzających ich zachowanie i rozród oraz ograniczających ich szkodliwość. Wymaga to jednak, oczywiście, wielu badań nad specyficznymi dla konkretnych gatunków wariantami tego mechanizmu.

Apoptoza, czyli samobójcza śmierć komórki, odgrywa rolę w szeregu istotnych procesów w organizmie. Badania na embrionach muszek owocówek wykazały kolejną rolę tego zjawiska: obumierające komórki kurczą się, przyciągając sąsiednie komórki i generując siły niezbędne do formowania powstających tkanek. Podczas rozwoju zarodka muszki owocówki (Drosophila melanogaster) istotnym etapem jest zamknięcie szczeliny po stronie jego grzbietu. Badacze z Duke University obserwowali ten proces przez około dziesięć lat (!), zanim udało się ostatecznie wyjaśnić, w jaki sposób zachodzi ten tajemniczy, doskonale zsynchronizowany proces. Jak się okazało, siły wymagane do "ściągnięcia" krawędzi otworu są generowane przez kurczenie się komórek apoptotycznych. Jak tłumaczy szef zespołu badającego to zagadnienie, prof. Dan Kiehart, komórki kurczące się w przebiegu apoptozy na skutek utraty wody generują siłę, która powoduje stopniowe zbliżanie się do siebie komórek położonych w pobliżu "kącika" szczeliny. Dzięki temu, że "samobójcze" komórki są rozproszone w całej tkance i stanowią aż 10% całej populacji komórek znajdujących się w tym miejscu, umożliwia to przeprowadzenie procesu w ściśle skoordynowany sposób. Co ciekawe, sam Kiehart jeszcze 8 lat temu twierdził, że jeśli jest to tylko 10 procent, można to zignorować. Na pomysł, że ginące komórki mogą powodować powstawanie oddziaływań mechanicznych, wpadł dr Yusuke Toyama - fizyk z wykształcenia, od pewnego czasu zajmujący się biologią. To on zaobserwował z użyciem barwników fluorescencyjnych i mikroskopu sprzężonego z laserem, że komórki znajdujące się w pobliżu krawędzi szczeliny pociągają za sobą kolejne, gdy same kurczą się w przebiegu apoptozy. Jak tłumaczy Toyama, oznacza to, że apoptoza nie jest zjawiskiem związanym z jedną komórką, lecz jest wzmacniana przez pięć do siedmiu otaczających komórek. Z obliczeń wynika, że siły generowane przez śmierć komórek stanowią od jednej trzeciej aż do połowy całkowitej wartości siły powstającej podczas zamykania szczeliny na grzbiecie embrionu D. melanogaster. Oczywiście nie są to, delikatnie mówiąc, siły spektakularne - ich wartość to około miliardowej części niutona - lecz w zupełności wystarczają do przeprowadzenia tego procesu. Badacze szacują, że podobne zjawisko może zachodzić także u organizmów wyższych, być może nawet u człowieka. Kiehart i Toyama postulują, że apoptoza może brać udział w procesach takich, jak gojenie ran czy formowanie się organów wewnętrznych. O sukcesie naukowców z Duke University informuje najnowszy numer czasopisma Science.