В исследовании, опубликованном в журнале Nature в среду, исследователи сделали два неожиданных открытия. Во-первых, они обнаружили, что при наличии выбора плодовых мушек привлекает зеленый свет рано утром и поздно днем, когда они наиболее активны, и красный или тусклый свет в полдень, когда, как и многие люди, они Притормози, чтобы поесть и, возможно, возьми сиесту.
К большому удивлению исследователей, они также обнаружили, что плодовые мухи, Drosophila melanogaster, демонстрируют «стойкое избегание» синего света в течение всего дня, и это открытие перевернуло многолетнее предположение с ног на голову.
Предыдущие эксперименты, проведенные в 1970-х годах, показали, что плодовых мушек привлекает синий свет, главный двигатель циркадных часов или генетический 24-часовой хронометраж, который контролирует жизнь людей и большинства других животных.
"Если бы у них был выбор, то тот факт, что мухи не выбрали бы синий, удивителен, но самая удивительная вещь, которая имеет отношение не только к мухам, но и к предпочтениям цвета в целом, – это тот факт, что предпочтения цвета меняются со временем суток, "сказал старший автор Шеюм Сайед, доцент кафедры физики, который задумал и разработал исследование с аспирантом Станиславом Лазопуло. "Это открытие открывает возможность того, что цветовые предпочтения человека также меняются в зависимости от времени суток, что может объяснить, почему было так сложно определить, как цвет определяет наш выбор."
Добавлен соавтор исследования Джеймс Д. Бейкер, доцент кафедры биологии, который помогал руководить исследованием, «Стэн показал, что эти животные очень четко отдают предпочтение разным цветам света в разное время дня, которое повторяется изо дня в день, индивидуально для индивидуума, от генотипа к генотипу. Наше исследовательское сообщество не подозревало, что происходит."
Четыре года назад, будучи аспирантом в лаборатории Сайеда, Лазопуло решил определить, как дрозофила отреагирует на цветной свет, который они будут испытывать на досуге на природе. Если бы у них был выбор, какой свет они выбрали бы? Был бы узор? Будет ли их выбор руководствоваться циркадными часами, которые управляют всеми организмами??
С помощью своего брата Андрея он создал сложный набор поведенческих экспериментов, в ходе которых сотни одиночных мух помещались в крошечные разноцветные трубочки с пробкой на одном конце, пищей на другом конце и тремя отдельными "комнатами" – одной. зеленый, один красный и один синий – чтобы насекомые могли свободно перемещаться.
Затем он записывал их движения круглосуточно, через 12 часов постоянного света и 12 часов в полной темноте в течение двух недель подряд. Когда Лазопуло проанализировал первоначальный компьютерный анализ записей, он подумал, что неправильно закодировал компьютерную программу.
"Им на самом деле не нравится синий свет.
Они убегают от синего света », – сказал он. «Это был совершенно неожиданный результат. Основываясь на всех предыдущих знаниях, мы не ожидали такого предпочтения зеленого цвета, избегания синего и таких устойчивых закономерностей в этом поведении."
Но ни компьютерная программа, ни видео, ни его глаза не имели изъянов.
В течение дня мухи постоянно избегали синих зон, даже если их корм помещали в одну из них. При таких обстоятельствах они совершали бы короткие вторжения в синюю зону, но только для того, чтобы накормить.
Напротив, мухи начали занимать зеленые зоны примерно через два часа после того, как утром загорелся свет. К полудню их предпочтение к зеленому цвету и их активность уменьшились, и около половины населения разделилось между зеленой и красной или тусклой зонами.
Затем, примерно за час до выключения света, мухи вернулись в зеленые зоны и стали более активными. Позже, в фазе выключения света, мухи случайным образом распределились по трем зонам, что, по словам исследователей, указывает на то, что «свет необходим для создания наблюдаемой картины."
Лазопуло и Сайед, чья лаборатория изучает поведение плодовых мух, чтобы лучше понять сон животных, их уход и цветовые предпочтения, приписали несопоставимые результаты более ранних исследований улучшениям в методах долгосрочного отслеживания и различиям в дизайне экспериментов, в частности разница во времени и условиях, в которых мухи должны были выбирать свои предпочтения по цвету.
По словам Сайеда, предыдущие исследователи проверили цветовое предпочтение дрозофилы, выпустив мух на дно Т-образного флакона и дав им 30 секунд на то, чтобы решить, из какого плеча Т выйти – один с зеленым светом, а другой с синим.
Исследователи UM подозревают, что мухи выбрали синий цвет под принуждением, как «избегающую реакцию на вредный раздражитель."
Но теперь они знают, что на досуге и в более естественных условиях дрозофилы предпочитают зеленый цвет, как листья фруктовых деревьев, где, к разочарованию многих фермеров, они любят откладывать яйца.
Посредством того, что Бейкер назвал «набором экспериментов Tour de force», который включал серию генетических манипуляций, исследователи также обнаружили, что цветовое поведение плодовой мушки зависит не только от ее зрительной системы, как было ранее задокументировано, но также и от светочувствительные клетки в брюшке насекомого, которые чувствуют синий цвет. Их внутренние часы определяют решение оставаться в зеленом цвете или выбирать тусклый свет в середине дня.
Удалите гены часов, и плодовые мушки всегда останутся зелеными, никогда не переключаясь на тусклый свет в полдень.
Но даже без часов они все равно избегают синего цвета благодаря тем клеткам брюшной полости, которые сигнализируют независимо от генов часов.
Что это означает для людей, еще неизвестно. Но спустя 110 лет после того, как эмбриолог Томас Хант Морган начал разводить плодовых мушек, чтобы подтвердить, как наследуются генетические признаки, исследователи UM показали, что еще есть чему поучиться у обычного вредителя, который превратился в наиболее изученное и написанное о животном на планете.
В общей сложности 10 ученых получили шесть Нобелевских премий за свои революционные биологические открытия с использованием плодовых мушек, генетический и физиологический состав которых намного проще, чем у людей, но очень похож.
В 1933 году Морган получил первую Нобелевскую премию за открытие роли хромосом в наследственности; в 2017 году трио ученых получили последний за выделение генов циркадных часов, которые контролируют ритм повседневной жизни почти каждого организма – не только в мозгу, но и почти в каждой клетке тела.