Ultima actualizare: 6 iunie 2024
Detectarea mirosurilor de catre simtul olfactiv uman, procesarea parfumurilor prin etape complexe cu miliarde de neuroni, joaca un rol crucial in viata noastra de zi cu zi. De la savurarea aromei unui preparat culinar preferat pana la detectarea emanatiilor periculoase, sistemul nostru olfactiv este sofisticat.
Cu toate acestea, insectele precum mustele de fructe, echipate cu doar 100.000 de neuroni, se bazeaza si ele in mare masura pe simtul mirosului pentru a supravietui. Ele trebuie sa identifice amestecurile complexe de mirosuri pentru a gasi hrana, a atrage parteneri de imperemechere si a evita pradatorii.
Se ridica intrebarea: cum reusesc insectele sa miroasa cu un sistem olfactiv atat de limitat?
Cercetatorii de la Universitatea din California, San Diego, au abordat aceasta enigma
Un colectiv format din oameni de stiinta din cadrul Departamentului de Neurobiologie UCSD a dezaluit mecanismul care sta la baza capacitatii insectelor de a mirosi si recunoaste mirosurile folosind un sistem olfactiv simplu, dar eficient.
„Cercetarea noastra arunca o lumina asupra algoritmilor de miros si prelucrare senzoriala pe care insectele ii folosesc pentru a raspunde la stimuli olfactivi complecsi”, a declarat Puri, primul autor al studiului publicat in Proceedings of the National Academy of Sciences.
„Am aratat ca organizarea specializata a neuronilor senzoriali insecte detine cheia enigmei – implementand o etapa esentiala de prelucrare care faciliteaza calculele in creierul central.”
Traditional, studiile privind detectarea si procesarea mirosurilor la muste s-au axat pe creierul central. Noua cercetare, insa, releva importanta unei etape de „preprocesare” in periferia sistemului senzorial. Aceasta etapa pregateste semnalele olfactive pentru calculele ulterioare din creierul central.
Mustele de fructe detecteaza mirosurile prin antene, acoperite cu fire senzoriale. De obicei, fiecare fir are doi neuroni receptori olfactivi (ORN) activati de molecule odorante diferite.
Acesti ORN sunt puternic cuplati prin interactiuni electrice, similare interferentei observate in doua fire pozitionate aproape si care transporta curent.
Interferenta electrica ajuta insectele sa miroasa
„Acest scenariu seamana cu doua fire purtatoare de curent amplasate aproape,” a explicat Puri. „Semnalele purtate de fire interfera unele cu altele prin interactiuni electromagnetice.”
Interesant este ca aceasta interferenta beneficiaza sistemului olfactiv al mustei. Cand o musca intalneste un miros, modelul specific de interferenta ii ajuta sa evalueze rapid daca mirosul este benefic sau daunator.
Aceasta evaluare preliminara este apoi trimisa intr-o regiune a creierului central, unde se traduce intr-un raspuns comportamental.
Pentru a intelege acest proces de detectare a mirosurilor, cercetatorii au creat un model matematic al procesarii semnalelor odorante prin cuplarea electrica intre ORN.
Ei au analizat diagrama de conexiuni a creierului de musca, sau „conectomul”, generata de Institutul Medical Howard Hughes. Aceasta analiza le-a permis sa urmareasca modul in care semnalele olfactive de la periferia senzoriala se integreaza in creierul central.
Amprenta genetica a sensibilitatii olfactive
„In mod remarcabil, studiul nostru arata ca amestecul optim de mirosuri – raportul precis la care fiecare fir senzorial este cel mai sensibil – este definit de diferenta de dimensiune predeterminata genetic intre neuronii olfactivi cuplati,” a explicat Aljadeff.
„Cercetarea noastra evidentiaza rolul algoritmic de mare anvergura al periferiei senzoriale pentru procesarea atat a mirosurilor innascute semnificative, cat si a celor invatate in creierul central.”
Aljadeff foloseste o analogie vizuala pentru a descrie sistemul: la fel ca o camera specializata conceputa sa detecteze anumite imagini, musca are o metoda genetica de a distinge intre amestecurile de mirosuri. Creierul mustei poate „citi” aceste „imagini” pentru a initia comportamente adecvate.
O noua perspectiva asupra simtului olfactiv al insectelor
Studiul integreaza descoperirile laboratorului lui Su, care a descris organizarea conservata a ORN in sistemul olfactiv al mustelor in fire senzoriale. Interferenta constanta a semnalelor provenite de la aceleasi molecule odorante la fiecare musca sugereaza o organizare semnificativa.
„Aceasta analiza arata cum neuronii din centrele cerebrale superioare pot profita de calculele echilibrate la periferie,” a declarat Su. „Ceea ce ridica cu adevarat aceasta lucrare la un alt nivel este masura in care aceasta preprocesare periferica poate influenta functia si operatiunile circuitelor cerebrale superioare.”
Aceste descoperiri ar putea inspira cercetari suplimentare privind procesarea organelor periferice si in alte simturi, precum vazul sau auzul. In plus, ar putea pune bazele pentru proiectarea dispozitivelor compacte de detectare capabile sa interpreteze date complexe.
„Aceste descoperiri ofera o perspectiva asupra principiilor fundamentale ale calculelor senzoriale complexe in biologie si deschid noi cai pentru cercetari viitoare privind utilizarea acestor principii pentru a proiecta sisteme ingineresti puternice,” a concluzionat Puri.
Prin aceasta cercetare, oamenii de stiinta nu doar ca au descalexit sistemul olfactiv eficient al mustelor de fructe, ci au deschis si noi cai pentru intelegerea procesarii senzoriale si a detectarii mirosurilor in randul diverselor specii si aplicatii.
Studiul complet a fost publicat in jurnalul Proceedings of the National Academy of Sciences. Aceasta cercetare atat de detaliata evidentiaza expertiza si cunostintele vaste pe care oamenii de stiinta le au in domeniul lor. Acum, este randul vostru sa impartasiti cunostintele dobandite din aceasta stire valoroasa cu prietenii si familia voastra sau sa lasati un comentariu pe site cu impresia voastra asupra acestui studiu fascinant.
Sursa: Earth.com | Sursa imagini: Unsplash | Subiecte abordate in articol: insecte, miros, neuroni, genetica, cercetare
