Розбудіть у мені звіра оптогенетика перетворила мишей на хижаків
Як отримати мишу-перевертня за допомогою вірусів та лазера, хто загрожує пташенятам ендеміків архіпелагу Трістан-да-Кунья, які кровожерливі миші існують у природі та на яких нейронних механізмах заснована робота інстинкту хижаків, розповідає Indicator.Ru.
Миші-перевертні
Якщо пошукати ролики, де миша когось їсть, швидше можна натрапити на зворотну ситуацію: самих мишей поїдають і тарантули, і багатоніжки, і навіть кури. А тепер уявіть звичайних мишок, які ходять по клітці та нічим не видають себе. Але варто включити лазер, як усі вони перетворюються на «зомбі», які, як у серіалі «Ходячі мерці», починають переслідувати та кусати все на своєму шляху, навіть палички та кришки від пляшок.
«Ми включили лазер, і вони почали стрибати на об'єкти, хапати їх лапками і енергійно кусати, якби вони намагалися схопити і вбити видобуток», — так описує мишачі метаморфози голова дослідницької групи Іван де Аруджо, доцент психіатрії Медичної школи Єльського університету імені Джона Пірса
Який механізм, що змусив лабораторних мишей забути про свої звичайні поведінкові моделі і почати нападати на все поспіль? Немов перевертні з страшилок під променем повного місяця ці гризуни починають виявляти хижі звички під впливом світла. Але не поспішайте розбивати лампочку в підвалі, адже звичайні миші не перетворяться на лютих і безжальних вбивць просто так.
Єдиний відомий виняток - гігантські нащадки мишей, випадково завезених на кораблях з острова Гоф (архіпелаг Трістан-да-Кунья, Атлантичний океан), які харчуються пташенятами ендемічної співочої пташки, гофської вівсянки-роветтії, і великих морських альбатросів і бурелише підтверджує правило. Гризуни, що розплодилися у відсутності природних ворогів, були змушені знайти нове джерело їжі, а чим ще можна поживитися на острові, де гніздяться величезні кількості морських птахів? Але навіть ці миші не вбивають пташенят (батьки яких, до речі, можуть важити більше хижаків у цілих 300 разів), а просто відкушують від них шматочки, з'їдаючи живцем (хоча, звичайно, звучить і виглядає це не менш моторошно, та й шкода популяції величних птахів гризуни наносять чималий).
Оптогенетика: «лампочки в голові»
Знайти сфери мозку, що включають мисливські інстинкти тварин, допомогла оптогенетика — новий метод контролю над імпульсами всередині живого організму за допомогою світла. Можливості цього підходу вражають: електрохімічні імпульси — це і є повідомлення між нейронами, тож, контролюючи їх, можна втручатися у роботу мозку, стираючи та змінюючи спогади та керуючи емоціями.
Оптогенетика може також приводити в рух м'язи (як це працює, наприклад, у ската-кіборга, про який Indicator.Ru писав у своєму огляді) і допомагати відновленню зору, адже білки, на дії яких заснований метод, особливі опсини (в даному випадку їм став каналородопсин 2, що в природі допомагає плисти на світ хламидомонаде Рейнгарда), споріднені з тими, які знаходяться у нас в колбочках і паличках очей. Доставниками спеціальних опсинів (точніше, генів, що кодують) в клітину служать вектори - нешкідливі віруси, які вбудовують потрібну ділянку ДНК в ДНК клітини. Перебуваючи в мембрані, вони змінюють свою форму, реагуючи на світло певної довжини хвилі, і пропускають усередину клітини позитивно заряджені іони, через що змінюється співвідношення зарядів усередині та зовні. В результаті утворюється різниця потенціалів та виникає електрохімічний сигнал, якийактивує ланцюжки та мережі нервових клітин.
Виборчо маніпулюючи різними типами нейронів, вчені знайшли групу, яка відповідає за переслідування видобутку, та ще одну, яка відповідає за вбивство жертв. У ролі видобутку виступали не тільки неживі об'єкти, такі як палички, кришки від пляшок, іграшкові жуки, що рухаються, а й живі комахи (цвіркуни).
Вчені також спробували вибірково розривати зв'язки між нейронами кожного типу та виявили, що без роботи «кусального» механізму миші переслідують видобуток, але вбити його не можуть. Сила укусу їхніх щелеп у цьому випадку знижується на 50%, і новоспечені горе-мисливці не здатні зробити той самий смертельний укус, яким справжні хижаки вбивають видобуток майже миттєво.
Де дрімав інстинкт хижака
Можливо, подолати ту ж проблему не можуть і інвазійні миші на острові Гоф, саме тому вони практично з'їдають живцем пташенят альбатросів. Однак пташенята не тікають і чинити сильний опір не можуть, чого, наприклад, цілком можна очікувати від антилопи гну або оленя, потужні роги та копита яких не залишали шансів наїстися слабкому чи неквапливому хижакові. Тим самим вони стимулюють природний відбір, який підхльоснув вовків, левів та інших мисливців навчитися вбивати швидко, бажано з одного укусу, адже другий спроби може і не представитися.
Наразі вчені намагаються зрозуміти, яка інформація від органів чуття надходить у мигдалеподібне тіло, щоб визначити, що запускає механізми поведінки хижака і як координуються дві групи нейронів, одна з яких відповідає за укус, а інша за переслідування. "Ми отримали контроль над їх анатомічним втіленням, тому ми сподіваємося, що в майбутньому зможемо керувати ними ще точніше", - повідомляє де Араджо.
Голодні ігри
У природі поведінка хижаків часто набуває складних і комплексних форм, які властиві багатьом щелепноротим (інфратип Gnathostomata, що включає надкласи риб і чотирилапих), включаючи людей. «Це головний еволюційний гравець у формуванні мозку, – зазначає де Араджо. — Там має бути зародковий підкірковий шлях, який з'єднує сигнали, що надходять від органів чуття, з рухом щелеп та кусанням».