Dwa neurony Caenorhabditis elegans lepsze od mózgu

Nicień (zwierze bezkręgowe) Caenorhabditis elegans nie ma niczego, co moglibyśmy postrzegać jako mózg. W rzeczywistości organizm ten ma tylko 302 neurony do przetwarzania informacji. Wykorzystując tylko dwa z nich, nicień opracował metodę śledzenia zapachu żywności do jej źródła, która jest niezwykle skuteczna.

Aby użyć zapachu w celu znalezienia pokarmu, zwierzęta obserwują gradient stężenia substancji zapachowych w otoczeniu. Biorąc pod uwagę możliwość wystąpienia mylących czynników, często zaczynają od ścieżki, która wysyła je poza cel, a nie bezpośrednio do niego. Rozwiązanie tego problemu dla organizmów jednokomórkowych to coś, co matematycy nazywają strategią biased-random walk. Wybierając odpowiednią trasę, obracają się losowo, aby sprawdzić, czy zapach jest silniejszy w określonym kierunku, dostosowując szybkość obracania w oparciu o stężenie substancji.

Dr Alon Zaslaver z Hebrajskiego Uniwersytetu w Jerozolimie i jego współpracownicy zauważyli, że wielokomórkowe organizmy opracowały bardziej wyrafinowane metody. Oznacza to, że mechanizm stosowany przez C. elegans jest naprawdę interesujący.

C. elegans wije się w kierunku prawdopodobnego źródła pokarmu, zanim zacznie "wirować" lub dokonywać stopniowych korekt krzywizn ruchu. Przed badaniami Zaslavera nikt nie rozumiał, w jaki sposób robak wiedział, kiedy zmienić kurs.

Okazuje się, że jeden z drogocennych neuronów C. elegans wyczuwa zapach jedzenia, kierując nicienia w jego kierunku. Gdy kierunek jest niepewny, uruchamiany jest drugi neuron, który Zaslaver porównał do funkcji przeliczania w aplikacji nawigacji. Reaguje on nie na intensywność zapachu, ale stopień, w jakim się on zmienia. Pod względem matematycznym mierzy on wielkość pochodnych lub intensywność gradientów natężenia zapachu. Jeżeli pochodna jest ujemna, zapach słabnie, to prawdopodobnie oznacza zły kierunek. Im bardziej dodatnia jest pochodna, tym większe prawdopodobieństwo, że obrany kierunek jest właściwy.

Badania przeprowadzone w warunkach laboratoryjnych wykazały, że taka strategia zawsze doprowadzi nicienia do pożywienia. Może to znaleźć zastosowanie przy projektowaniu samo kierujących się nanomaszyn wykorzystywanych np. do celów diagnostycznych lub terapeutycznych.

Dowiedz się więcej na temat: nicienie | Caenorhabditis elegans | neurologia | neurony