感知味觉的细胞能够控制整个动物个体的觅食策略

  神经科学家们开发了一个计算机模型来解释线虫如何寻找食物,揭示了感知味觉的细胞既能感知环境又能控制整个动物的觅食策略。 这项研究涉及来自利兹大学和鹿特丹伊拉斯谟大学医学中心的一个科学家团队,实验对象为微型线虫物种Caenorhabditis elegans。

  在今天发表在《通信生物学》杂志上的一篇论文中,研究人员表明,这种动物的感觉细胞不仅从环境中获取信号,它们还在处理这些信息以驱动决定动物运动的决策。

  到目前为止,科学家们普遍认为来自感觉细胞的信息被送到了动物大脑的其他电路中,用于决策和控制行为。

  利兹大学计算神经科学家、论文共同第一作者Netta Cohen教授说。"我们发现了简单的机制,通过这些机制,尝盐细胞驱动着一种相当复杂的觅食策略。"

  C. elegans这个物种以土壤中成片的腐烂植被中的细菌为食,这些食物斑块可能大小不一,而且相隔一定距离,结果是蠕虫群经历了"繁荣或萧条"的存在。对于一个动物个体来说,成功地觅食是一个生死攸关的问题。

  为了增加其生存机会,蠕虫已经进化出一种觅食策略,它将随机地在一个区域内纵横交错地寻找食物:如果它没有找到食物则会寻找其他可能有食物的区域。

  研究人员进行了实验并开发了一个模型,解释了蠕虫的味觉传感器如何处理来自环境的信息以指导其觅食行为。

  他们认为,蠕虫利用其对土壤中盐的味道作为"导航信标",向它们移动,如果没有找到食物,则远离它们。

  被盐吸引的感觉细胞

  C. elegans的神经系统包含302个细胞,包括两个被盐的存在所刺激的味觉细胞。这两个感觉细胞的反应不同:一个被增加的盐含量刺激,另一个被减少的盐含量刺激。

  这项研究的出发点是由鹿特丹的Gert Jansen博士领导的研究人员发现,当这些细胞中的一个处于活动状态时,另一个则处于"睡眠"状态。

  Cohen表示:"当线虫第一次感觉到咸的环境时,对盐浓度增加敏感的感觉细胞受到刺激--并提供了动物引导进入盐区所需的所有信息"。

  但如果几分钟后动物没有找到食物,该感觉细胞就会变得不再敏感。同时,另一个味觉细胞受到盐含量下降的刺激,变得活跃起来,引起急转弯,帮助动物保持在盐上,其结果是,动物会优先探索较大的盐块。

  这两种感觉细胞都在工作,使蠕虫在盐块上觅食。但是如果它找不到食物会怎样呢?Gert Jansen博士和他的研究小组发现,当动物暴露在盐中时,有两个额外的感觉细胞被招募到盐感应回路中。

  人们最初认为,这些额外的感觉细胞提醒蠕虫注意环境中的危险,使它能够突然改变方向并摆脱伤害。但是这项研究发现,这些避免伤害的细胞也作为其导航策略的一部分而开关,使它能够急剧改变方向以避免盐,从而扩大其觅食范围。

  随着时间的推移,所有的传感器继续在它们的开启和关闭状态之间循环,以这种方式控制一个丰富和动态的觅食策略。

  "我们认为这是一个内置于这些感觉细胞的机制。它不仅非常有效,而且令人惊讶的是,由于它全部发生在感觉细胞内部,它非常容易用几乎所有脑细胞都可以使用的基本工具箱来实现。同时怀疑其他动物也可能利用类似的机制来选择性地注意环境的其他线索或特征。"

  【来源:cnBeta.COM】

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