В основании листьев бромелий – эпифитных растений влажного тропического леса – образуются скопления дождевой воды, в которых развиваются целые сообщества мелких беспозвоночных. Живут они за счет детрита – отмирающих растительных остатков, падающих сверху. После переработки животными детрит достается бактериям, которые завершают разложение органического вещества. За счет этого в воду поступают столь необходимые эпифитам азот и фосфор, причем в минеральной, доступной для использования растениями, форме. Изучая азотное питание бромелий, исследователи недавно с удивлением обнаружили, что оно значительно улучшается, если в удерживаемых листьями скоплениях воды обитают хищные личинки стрекоз. Дело в том, что, поедая «мирных» (питающихся детритом) личинок насекомых, хищники не дают им завершить личиночное развитие и вылететь наружу, унося с собой дефицитные химические элементы. Соответственно, бактериям, разлагающим органику, достается больше пищи, а в воду попадает больше азота и фосфора, столь нужного растениям. (Пер. Алексей Гиляров. Источник: Jacqueline T. Ngai, Diane S. Srivastava. Predators accelerate nutrient cycling in a bromeliad ecosystem // Science. 2006. V. 314. № 5801. P. 963).
Мухи устают от общения.
Как было установлено исследованиями последнего десятилетия, практически все многоклеточные животные спят. Сон необходим не только человеку и его ближайшим эволюционным родичам-млекопитающим, но и черепахам, ящерицам, рыбам и даже мухам и тараканам. Удивительно, что мухи, существа, так непохожие на человека, спят примерно столько же, 7-8 часов ночью и некоторое время короткими промежутками днем. Подобно высшим животным, мухи, укладываясь спать, устраиваются поудобнее, принимая специфическую позу, перестают двигаться и реагировать на внешние раздражители. Помимо этого, последние исследования показали, что у мух и млекопитающих в регуляции сна участвуют многие сходные гены и белки. Это дало основание группе американских ученых из Института нейробиологии в Сан-Диего и Вашингтонского университета в Сент-Луисе выбрать плодовых мушек дрозофил в качестве модельного объекта для изучения регуляции продолжительности сна.
Одним из факторов, влияющих на сон, является активность контактов с себе подобными. Чтобы проверить это предположение, ученые поставили ряд изящных экспериментов. Различное число мушек помещали в колбы, а после этого измеряли, сколько им потребуется спать. Одинокие мушки спали заметно меньше, чем их собратья (чтобы исключить эффекты различного генотипа сравнивались только родные братья и сестры). Правда, различие проявлялось только в длительности дневного сна, ночной сон не изменялся. Если мушку, утомленную общением, пересаживали в одиночную камеру, то вскоре сон ее укорачивался. И напротив, если скучающую одиночку помещали в коллектив, то последующий дневной сон у такой мушки удлинялся. При этом чем больше коллектив (а его размер изменяли от 4 до 100 особей), тем больше потребность в сне. То есть после интенсивного общения мухам требуется отдых. До чего это знакомо нам, людям, устающим от суеты повседневных встреч!
В следующей серии опытов исследователи проверили, какой канал связи наиболее эффективно изменяет продолжительность сна – другими словами, какие органы чувств вовлечены в общение в мушином коллективе. Оказалось, что у слепых мушек продолжительность сна после коллективного общения не изменяется. То же и у мушек, так или иначе лишенных обоняния. Зато у глухих мушек продолжительность сна зависит от величины коллектива примерно так же, как и у здоровых мух. Это означает, что зрение и обоняние, по-видимому, играют более важную роль в мушином общении, чем слух.
Какие биохимические механизмы лежат в основе такой изменчивости в длительности сна? Измерения показали, что в регуляции этого процесса участвует дофамин, один из нейромедиаторов мозга. В мозгу мушек-одиночек этого вещества было в три раза меньше, чем у членов большого коллектива. Роль дофамина в регуляции длины сна подтвердил и другой опыт: у мушек-мутантов с постоянно повышенным уровнем дофамина сон не укорачивается при переводе в одиночную камеру.
Известно также, что дофамин участвует в формировании долговременной памяти у различных животных, в том числе у беспозвоночных. Вспомним, например, что долговременную память нобелевский лауреат Эрик Кандель (Кэндел) (Eric R. Kandel) начал изучать на моллюсках. Дофамин увеличивает количество другого сигнального вещества – циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), тем самым вызывая каскад реакций, приводящих к изменению числа и конфигурации синапсов (специализированных зон контакта между отростками нервных клеток и другими возбудимыми и невозбудимыми клетками, обеспечивающая передачу информационного сигнала). Именно это и приводит к надежному запоминанию. Кратковременная память формируется за счет других механизмов и без участия дофамина.
Так вот, выяснилось, что у мушек дрозофил, у которых тренировали долговременную память, тоже удлинялся дневной сон. Кроме того, некоторые гены, участвующие в формировании долговременной памяти у мух, влияют на продолжительность сна. Если мушек, переведенных из коллектива в «одиночку», сон укорачивался, то у мушек, мутантных по генам долговременной памяти, продолжительность сна не изменялась. Такой эффект показали 17 генов из 43, задействованных в долговременном научении. Большинство из этих 17 генов экспрессируются (работают) в грибовидных телах головного ганглия, тех самых, что контролируют интеллектуальные функции у насекомых. Таким образом, теперь ясно, что общение так же тяжело дается мушкам, как и людям, и требует усиленного отдыха. Из запутанной биохимической подоплеки этой взаимосвязи удалось вытащить конец одной ниточки – дофамин. К этой ниточке привязаны не только сон и социальная активность, но и долговременная память. Потянешь за один узелок – сдвинутся и другие. Понятно, что перед нами только начало исследований этого биохимического клубка, однако здесь ученым безусловно поможет хорошая изученность генома модельного объекта и обилие его мутантных вариантов.
P.S. Лично мне во время чтения этой статьи было любопытно, как же изучают долговременную память у мушек. Не заставлять же их читать наизусть «Бородино», выученное на стадии куколки. Оказалось, ученые нашли хитроумное решение. Долговременная память у самцов мушек формируется, например, в результате удачного или неудачного ухаживания за самками. Отвергнутые самцы (которым экспериментаторы нарочно предлагали поухаживать, к примеру, за уже оплодотворенными самками), надолго запоминают свои сексуальные неудачи и в дальнейшем менее охотно ухаживают даже за готовыми к размножению самками. Именно эту память и использовали специалисты в описанном исследовании. (Пер. Елена Наймарк. Источник: Indrani Ganguly-Fitzgerald, Jeff Donlea, Paul J. Shaw. Waking Experience Affects Sleep Need in Drosophila // Science, 2006. V. 313. № 5794. P. 1775-1781).
