Χιλιοστά δευτερολέπτου, μεταξύ ζωής και θανάτου…

Πηγή: Photo by Igor Siwanowicz, HHMI/Janelia.

Τι είναι αυτό που σώζει μία μύγα, όταν δέχεται την απροσδόκητη επίσκεψη ενός θηρευτή ο οποίος θέλει να την προσθέσει στο γεύμα του; Είναι εκείνα τα χιλιοστά του δευτερολέπτου, 8 χιλιοστά του δευτερολέπτου για την ακρίβεια, που αποτελούν το σημαντικότερο ίσως χρόνο στη ζωή της μύγας, μέχρι βέβαια την επόμενη αναπάντεχη επίσκεψη…

Ερευνητές του Howard Hughes Medical Institute’s Janelia Research Campus δημοσίευσαν μία εργασία στην επιστημονική επιθεώρηση Nature Neuroscience, με τίτλο “A spike-timing mechanism for action selection“. Στην εργασία αυτή μελετούν εγκεφαλικές περιοχές της μύγας, για να διαπιστώσουν πώς κατορθώνει η μύγα να ξεφεύγει από τους θηρευτές της. Ο μηχανισμός είναι τόσο απλός, όσο και εντυπωσιακός.

Στον εγκέφαλο της μύγας των φρούτων υπάρχει ένα ζευγάρι νευρώνων, οι “μεγάλες ίνες” (giant fibers), οι οποίοι σχετίζονται με την απόδραση της μύγας από μία περιοχή, όταν δέχεται την επίθεση κάποιοι θηρευτή. Οι ερευνητές δημιούργησαν μία εργαστηριακή κατασκευή η οποία προσομοιάζει την επίθεση που δέχεται η μύγα από το θηρευτή της. Μελετώντας περίπου 4000 διαφορετικές μύγες, διαπιστώθηκε ότι υπάρχουν δύο στρατηγικές απόδρασης: μεγάλης και μικρής διάρκειας. Για να επιτευχθεί μία ομαλή απογείωση, οι μύγες χρειάζονται κάποιο χρονικό διάστημα ώστε να αναπτύξουν πλήρως τα φτερά τους. Στις ταχύτερες αποδράσεις αυτό το στάδιο δεν υπάρχει, γλιτώνοντας χρόνο για την απογείωση αλλά δημιουργώντας μία αστάθεια στο αρχικό πέταγμα της μύγας. Απενεργοποιώντας το ζεύγος των μεγάλων ινών, διαπιστώθηκε πως λειτουργεί μόνο η αργή όχι όμως και η γρήγορη απόδραση. Το αρχικό συμπέρασμα ήταν πως οι μεγάλες ίνες εμπλέκονται στην γρήγορη απόδραση, ενώ για την αργή θα πρέπει να υπάρχει κάποιο άλλο νευρωνικό δίκτυο.

Το επόμενο ερώτημα ήταν πώς κατορθώνουν οι μύγες να επιτύχουν ταχύτερες αποδράσεις, σε βάρος της σταθερότητας κατά την απογείωση. Με μία σειρά πειραμάτων που στόχευαν απευθείας στη λειτουργία των μεγάλων ινών, παραδόξως ανακάλυψαν πως οι μεγάλες ίνες δεν ήταν ενεργές μόνο στις γρήγορες αλλά και στις αργές αποδράσεις. Τα συμπεράσματα αυτά ήταν λίγο διαφορετικά από τις γενετικές αναλύσεις. Η ηλεκτροφυσιολογία τους επέτρεψε να διαπιστώσουν πως υπάρχει ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα όπου καθορίζεται ποιά επιλογή διαφυγής θα πρέπει να ακολουθήσει η μύγα. Τα νέα δεδομένα τους επέτρεψαν να περιγράψουν τον μηχανισμό: κατ’ αρχάς φαίνεται πως αρχικά ενεργοποιείται η αργή διαφυγή. Όταν η μύγα διαπιστώνει πως ο “επισκέπτης” εμφανίζεται όλο και περισσότερο μέσα στο οπτικό της πεδίο, τότε ενεργοποιούνται οι μεγάλες ίνες που αναγκάζουν τη μύγα να ακολουθήσει τη στρατηγική της άμεσης διαφυγής. Αυτό που καθορίζει τη στρατηγική διαφυγής, είναι πόσο σύντομα μετά το άνοιγμα των φτερών η μύγα χτυπάει τα πόδια της για να ξεκινήσει η απογείωση. Σε αυτό ακριβώς το σημείο οι μεγάλες ίνες παραμένουν ανενεργές, άρα έχουμε μία αργή και σταθερή απογείωση ή ενεργοποιούνται δίνοντας το σύνθημα για άμεση απομάκρυνση. Όπως φαίνεται όσο περισσότερο το οπτικό πεδίο της μύγας καλύπτεται από το αντικείμενο που την πλησιάζει, τόσο πιο άμεση είναι η ενεργοποίηση των μεγάλων νευρικών ινών, άρα και η απόδρασή της.

Αυτή η “απόφαση” στο νευρικό σύστημα της μύγας, λαμβάνεται μέσα σε χρόνο 8 χιλιοστών του δευτερολέπτου.

Δείτε παρακάτω δύο βίντεο: της γρήγορης και της αργής απόδρασης.

Α. Αργή απόδραση (παρατηρείστε πόσο όμορφα ανοίγουν πλήρως τα φτερά και την σταθερότητα στην απογείωση).

Β. Γρήγορη απόδραση (παρατηρείστε πως πριν ακόμα τα φτερά ανοίξουν πλήρως, η μύγα προσπαθεί να απογειωθεί με αποτέλεσμα να παρατηρείται μία αστάθεια)