研究發現感知味覺的細胞能夠控制整個動物個體的覓食策略

神經科學家們開發了一個計算機模型來解釋線蟲如何尋找食物,揭示了感知味覺的細胞既能感知環境又能控制整個動物的覓食策略。這項研究涉及來自利茲大學和鹿特丹伊拉斯謨大學醫學中心的一個科學家團隊,實驗對象為微型線蟲物種Caenorhabditis elegans。

研究發現感知味覺的細胞能夠控制整個動物個體的覓食策略

在今天發表在《通信生物學》雜誌上的一篇論文中,研究人員表明,這種動物的感覺細胞不僅從環境中獲取信號,它們還在處理這些信息以驅動決定動物運動的決策。

到目前為止,科學家們普遍認為來自感覺細胞的信息被送到了動物大腦的其他電路中,用於決策和控制行為。

利茲大學計算神經科學家、論文共同第一作者Netta Cohen教授說。”我們發現了簡單的機制,通過這些機制,嘗鹽細胞驅動着一種相當複雜的覓食策略。”

C. elegans這個物種以土壤中成片的腐爛植被中的細菌為食,這些食物斑塊可能大小不一,而且相隔一定距離,結果是蠕蟲群經歷了”繁榮或蕭條”的存在。對於一個動物個體來說,成功地覓食是一個生死攸關的問題。

為了增加其生存機會,蠕蟲已經進化出一種覓食策略,它將隨機地在一個區域內縱橫交錯地尋找食物:如果它沒有找到食物則會尋找其他可能有食物的區域。

研究人員進行了實驗並開發了一個模型,解釋了蠕蟲的味覺傳感器如何處理來自環境的信息以指導其覓食行為。

他們認為,蠕蟲利用其對土壤中鹽的味道作為”導航信標”,向它們移動,如果沒有找到食物,則遠離它們。

被鹽吸引的感覺細胞

C. elegans的神經系統包含302個細胞,包括兩個被鹽的存在所刺激的味覺細胞。這兩個感覺細胞的反應不同:一個被增加的鹽含量刺激,另一個被減少的鹽含量刺激。

這項研究的出發點是由鹿特丹的Gert Jansen博士領導的研究人員發現,當這些細胞中的一個處於活動狀態時,另一個則處於”睡眠”狀態。

Cohen表示:”當線蟲第一次感覺到鹹的環境時,對鹽濃度增加敏感的感覺細胞受到刺激–並提供了動物引導進入鹽區所需的所有信息”。

但如果幾分鐘后動物沒有找到食物,該感覺細胞就會變得不再敏感。同時,另一個味覺細胞受到鹽含量下降的刺激,變得活躍起來,引起急轉彎,幫助動物保持在鹽上,其結果是,動物會優先探索較大的鹽塊。

這兩種感覺細胞都在工作,使蠕蟲在鹽塊上覓食。但是如果它找不到食物會怎樣呢?Gert Jansen博士和他的研究小組發現,當動物暴露在鹽中時,有兩個額外的感覺細胞被招募到鹽感應迴路中。

人們最初認為,這些額外的感覺細胞提醒蠕蟲注意環境中的危險,使它能夠突然改變方向並擺脫傷害。但是這項研究發現,這些避免傷害的細胞也作為其導航策略的一部分而開關,使它能夠急劇改變方向以避免鹽,從而擴大其覓食範圍。

隨着時間的推移,所有的傳感器繼續在它們的開啟和關閉狀態之間循環,以這種方式控制一個豐富和動態的覓食策略。

“我們認為這是一個內置於這些感覺細胞的機制。它不僅非常有效,而且令人驚訝的是,由於它全部發生在感覺細胞內部,它非常容易用幾乎所有腦細胞都可以使用的基本工具箱來實現。同時懷疑其他動物也可能利用類似的機制來選擇性地注意環境的其他線索或特徵。”

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上一篇 2021-09-09 17:41
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