Ve své knize „Superflies. Úžasné příběhy ze života nejúspěšnějšího hmyzu na světě,“ vysvětluje britský biolog Jonathan Balcombe, jak důležitou roli hrají dvoukřídlí v ekosystému a jak dosáhli evolučního úspěchu. Autor říká, že svět much je úžasný a mnohostranný: jsou to nezaslouženě zapomenutí opylovači, pracovití ekologové zodpovědní za odvoz odpadků a také hlavní asistenti kriminalistů. Se svolením nakladatelství Vedomosti.Gorod zveřejňuje úryvek o tom, zda jsou myšlenkové pochody přístupné mouchám?

Většina výzkumu života much se zaměřila na ovocné mušky. A už vůbec ne proto, že by ovocné mušky byly obzvlášť chytré, jsou to prostě nejstudovanější zvířata na Zemi. Výhody ovocných mušek spočívají v tom, že se snadno a levně množí a chovají v zajetí a že žijí pouze dva týdny, a proto jsou vhodné pro použití v genetickém výzkumu, jak uvidíme v kapitole deváté. Opět bychom měli být opatrní při předpokladu, že mentální úspěchy jednoho druhu much jsou charakteristické pro ostatní. Schopnosti ovocných mušek však přesto naznačují, že ostatní mušky dokážou totéž.

Lidský mozek a mozek mouchy se velmi liší velikostí: 100 miliard neuronů ve srovnání se 135 000 vrtulemi, ale existují určité organizační podobnosti. Například mozek mouchy, stejně jako ten náš, je z velké části rozdělen podél střední čáry a molekuly a procesy, které řídí mouchu a lidský mozek, jsou podobné. Stejně jako u lidí je stimulace centrálního nervového systému u much řízena dopaminem a serotoninem. Stejně jako ten náš je mozek mouchy zodpovědný za prostorové vnímání, které je pro létající zvíře nesmírně důležité. U vrtule je tato schopnost určena oblastí mozku zvanou centrální tělo, jehož funkčním ekvivalentem v mozku savců je colliculus superior.

Už jsme viděli, že ovocné mušky jsou vynalézavá stvoření, která se vyrovnávají se složitými problémy, i když jde o útěk z pasti malou dírkou ve filmu. Čeho dalšího je jejich mozek schopen? Ovocné mušky lze snadno vycvičit, aby si spojily zápach s elektrickým šokem a ukázaly krátkodobou, střednědobou a dlouhodobou paměť této zkušenosti, když byly později testovány na vnímání nepříjemného nebo odlišného zápachu v kombinaci s absencí elektrického šoku. Tyto vzpomínky přetrvávají i poté, co se moucha probudí z celkové anestezie a když nové nervové buňky nahradí staré. Kromě toho jsou ovocné mušky zručné v soustředění pozornosti, projevují očekávání opakovaného vizuálního podnětu (černý symbol nakreslený na vnitřní straně rotujícího bubnu s upoutanou mouchou létající uvnitř), snížení zájmu, když se podnět monotónně opakuje a obnovená pozornost, když se změní (např. původní znak je nahrazen novým). Dalším znakem pozornosti je tendence much potlačovat a ignorovat konkurenční podněty; moucha je méně pravděpodobné, že si všimne, řekněme, další mouchy poblíž, zatímco je fixována na nový symbol na cívce.

ČTĚTE VÍCE
Jak vakcínu naředit?

A mouchy spí. Když se vědci z lékařské fakulty Washingtonské univerzity v St. Louis jednoho rána podívali na jejich kolonii ovocných mušek v laboratoři, zdálo se jim, že všechen hmyz uhynul. Když ale vědci poklepali na sklo, mouchy se postupně probudily. Jen spali. Evoluční biolog Bruno van Swinderen z University of Queensland zaznamenal mozkovou aktivitu ovocných mušek a jejich reakce na mechanické podněty a zjistil, že stejně jako vy a já mají mouchy lehčí a hlubší fáze spánku. Jejich potřeba spánku se zvyšuje, pokud spí málo; Pokud je mozek much během dne přetěžován trénováním, vyžadují hlubší spánek v noci.

Probuzené mouchy demonstrují schopnost racionálního rozhodování. Pozorováním páření 2700 ovocných mušek vědci z University of British Columbia zjistili, že samci byli velmi zběhlí ve výběru samic, které by mohly produkovat nejvíce potomků. Navíc se jim podařilo vybrat z deseti potenciálních samic. Analýza velkého souboru dat ukazuje, že mouchy používají tranzitivní racionalitu; to znamená, že pokud je A větší než B a B je větší než C, vědí, že A je větší než C.

Mozek vykazuje zvýšenou nervovou aktivitu, když je zvíře nějakým způsobem obsazeno. Pokud jsou mouchy při vědomí, uvidíme tuto mozkovou aktivitu? Aby to mohli zkoumat, provedli vědci z Kalifornské univerzity v San Diegu operaci na hlavách samců ovocných mušek. V narkóze odstranili maličký kousek vrchní části mušle a nalepili na drobný průhledný panel. Poté, co dali mouchám den na zotavení, je vědci přivázali na tenké provázky a pomocí laseru a tříkamerového zařízení, které se otáčely s mouchami, byli schopni sledovat elektrickou aktivitu mozku během námluv. Zatímco uvázané mouchy se samičkám nedvořily (nemohly?), nepřipoutané ano. Mozek těch prvních zůstal téměř úplně tmavý, zatímco mozky těch druhých zářily červeně, žlutě, modře a bíle. Tato studie nám neumožňuje skutečně porozumět tomu, co moucha prožívá, ale ukazuje, že aktivní mozek mouchy funguje koordinovaně. Pro mě je to spíš vědomí.

Nechci říct, že námluvy a výběr jsou pro samce ovocných mušek jedinečné. Další studie výběru partnera prokázala pozorovací učení u žen. Když samice much pozorovaly uměle zbarvené samce pokoušející se pářit se s jinou samicí, vybíraly samce na základě jejich úspěchu či neúspěchu. Například, pokud se zelený samec úspěšně spářil se samicí, ale růžový samec ne (výzkumníci věděli, že je imunní), pak když byla pozorující samičce později předložen zelený a růžový samec, vybrala by si zeleného jako její partner. Při změně barev dala samice přednost růžové. Samice, které přímo nepozorovaly výsledky páření barevných samců, takovou diskriminaci nevykazovaly. V dalším experimentu byly samice ovlivněny jinými samicemi v kolonii a vybraly si samce ve špatné fyzické kondici před zdravějšími samci, protože viděli, že samice, které byly ukázány jako model, si vybíraly tyto samce. Tyto výsledky naznačují, že ovocné mušky jsou více ovlivněny sociálními faktory než vlastním úsudkem. Tento druh „kopírování výběru partnera“, ve kterém vnímaná atraktivita partnerů závisí na názorech ostatních, je rozšířený ve zvířecí říši, včetně žen. “Vezmu si, co vzala ona!”

ČTĚTE VÍCE
Co znamená slovo líska?

Často z dobrého důvodu mají vědci tendenci vyhýbat se antropomorfismu nebo připisování lidských vlastností zvířatům. Americký etolog Donald Griffin (1915–2003) však v knihách o životě zvířat píše zásadně nové věci a nabádá nás k opatrnosti při antropocentrickém srovnávání lidí a hmyzu. “Jak můžeme znát požadovanou velikost [mozku] pro vědomé myšlení?” ptá se Griffin v The Question of Animal Awareness, vydaném v roce 1981. Počet neuronů u mouchy může být zanedbatelný ve srovnání s lidským mozkem, ale 100 000 nebo více je stále poměrně velké číslo, se kterým lze pracovat. Navíc 100 000 neuronů má mezi sebou mnohem více potenciálních spojení, než je na Zemi zrnka písku. Už jsme viděli, že zvířata dokážou opravdu úžasné věci. Navíc, i když hmyz a obratlovci nesdílejí společného myslícího předka, užitečný atribut, jako je vědomí, se může vyvinout více než jednou. Pokud je to možné u chobotnice, tak proč je hmyz horší?

Skupina amerických vědců, která provedla experimenty na ovocných muškách, ukázala, že délka spánku ovocné mušky závisí na intenzitě „komunikace“ s jejími druhy: čím větší sociální skupina, tím delší je následný spánek. Přitom u much zbavených zraku a čichu se délka spánku nemění, bez ohledu na to, jak masivní je prostředí. Ve stejných experimentech bylo možné zjistit, že dopamin se podílí na regulaci délky spánku. Délka spánku se mění pod vlivem stejných genů, které jsou zodpovědné za tvorbu dlouhodobé paměti.

Jak výzkum v posledním desetiletí prokázal, téměř všechna mnohobuněčná zvířata spí. Spánek je nezbytný nejen pro člověka a jeho nejbližší evoluční příbuzné, savce, ale také pro želvy, ještěrky, ryby a dokonce i mouchy a šváby (viz Věda v síle spánku). Je překvapivé, že mouchy, stvoření tak odlišná od lidí, spí přibližně stejně dlouho, 7-8 hodin v noci a nějakou dobu v krátkých intervalech během dne. Stejně jako vyšší zvířata si mouchy, když jdou spát, udělají pohodlí, zaujmou specifickou pózu a přestanou se pohybovat a reagovat na vnější podněty. Nedávné studie navíc ukázaly, že mnoho podobných genů a proteinů se podílí na regulaci spánku u much a savců. To vedlo k tomu, že skupina amerických vědců z Ústavu neurobiologie v San Diegu a Washingtonské univerzity v St. Louis zvolila ovocné mušky Drosophila jako modelový objekt pro studium regulace délky spánku.

ČTĚTE VÍCE
Proč karakaly mizí?

Jedním z faktorů ovlivňujících spánek je aktivita kontaktů s ostatními, jako jste vy. Aby vědci ověřili tento předpoklad, provedli řadu elegantních experimentů. Různé počty much byly umístěny do lahví a poté bylo měřeno množství spánku, které potřebovaly. Osamělé mouchy spaly znatelně méně než jejich sourozenci (aby se vyloučily účinky různých genotypů, porovnávali se pouze sourozenci). Pravda, rozdíl se projevil pouze v délce denního spánku, noční se nezměnil. Kdyby byla moucha unavená komunikací přemístěna do osamělé komory, její spánek by se brzy zkrátil. A naopak, pokud byl znuděný samotář zařazen do skupiny, pak se následný denní spánek takové mouchy prodloužil. Navíc čím větší skupina (a její velikost se pohybovala od 4 do 100 jedinců), tím větší byla potřeba spánku. To znamená, že po intenzivní komunikaci potřebují mouchy odpočinek. Jak je to povědomé nám, lidem, kteří jsou unaveni ruchem každodenních setkání!

Toto je délka denního a nočního spánku pro mouchy, které strávily den samy (I) a ve skupině (E). Je jasně patrné, že mouchy nucené ke kolektivní komunikaci spí více než jejich osamělé protějšky. Rýže. z citovaného článku v Věda

V další sérii experimentů vědci testovali, který komunikační kanál byl nejúčinnější při změně délky spánku – jinými slovy, které smyslové orgány se podílely na komunikaci v muší komunitě. Ukázalo se, že délka spánku u slepých mušek se po kolektivní komunikaci nemění. Totéž platí pro mouchy, které jsou jaksi ochuzeny o čich. Ale u hluchých mušek závisí délka spánku na velikosti skupiny přibližně stejně jako u zdravých mušek. To znamená, že zrak a čich hrají v komunikaci much důležitější roli než sluch.

Jaké biochemické mechanismy stojí za touto variabilitou délky spánku? Měření ukázala, že dopamin, jeden z mozkových neurotransmiterů, se podílí na regulaci tohoto procesu. V mozcích samotářských much bylo této látky třikrát méně než u členů velké skupiny. Roli dopaminu v regulaci délky spánku potvrdil další experiment: u mutantních mušek s neustále zvýšenou hladinou dopaminu se spánek nezkracuje při přesunu do osamocené komory.

Je také známo, že dopamin se podílí na tvorbě dlouhodobé paměti u různých živočichů, včetně bezobratlých. Připomeňme například, že nositel Nobelovy ceny Eric R. Kandel začal studovat dlouhodobou paměť u měkkýšů (viz 2000 laureátů Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu). Dopamin zvyšuje množství další signální látky, cyklického adenosinmonofosfátu (cAMP), čímž způsobuje kaskádu reakcí vedoucích ke změnám v počtu a konfiguraci synapsí. To vede ke spolehlivému zapamatování. Krátkodobá paměť se tvoří jinými mechanismy a bez účasti dopaminu.

ČTĚTE VÍCE
Můžete jíst modřinu?

Ukázalo se tedy, že u much Drosophila, jejichž dlouhodobá paměť byla trénována, se prodloužil i denní spánek. Některé geny podílející se na tvorbě dlouhodobé paměti u much navíc ovlivňují délku spánku. Pokud byly mouchy převedené ze skupiny do „osamělého“ spánku zkráceny, pak se u much mutantních pro geny dlouhodobé paměti délka spánku nezměnila. Tento efekt prokázalo 17 genů ze 43 zapojených do dlouhodobého učení. Většina z těchto 17 genů je exprimována (působí) v houbových tělech hlavového ganglia, stejných, které řídí intelektuální funkce u hmyzu (o funkcích hubových těl u vážek si můžete přečíst zde).

Nyní je tedy jasné, že komunikace je pro mouchy stejně náročná jako pro lidi a vyžaduje zvýšený odpočinek. Ze spletitého biochemického pozadí tohoto vztahu se nám podařilo vytáhnout konec jednoho vlákna – dopaminu. Na toto vlákno se váže nejen spánek a společenská aktivita, ale i dlouhodobá paměť. Pokud zatáhnete za jeden uzel, ostatní se pohnou také. Je jasné, že teprve začínáme zkoumat tuto biochemickou spleť, ale tady vědcům jistě pomůže dobrá znalost genomu modelového objektu a množství jeho mutantních variant.

PS Osobně mě při čtení tohoto článku zajímalo, jak se u much studuje dlouhodobá paměť. Nenuťte je recitovat „Borodino“ zpaměti, naučené ve stadiu kukly. Ukázalo se, že vědci našli chytré řešení. Dlouhodobá paměť se u samců much tvoří například v důsledku úspěšných či neúspěšných námluv se samicemi. Odmítnutí samci (kteří byli experimentátory záměrně požádáni, aby soudili např. již oplodněné samice) si své sexuální neúspěchy dlouho pamatují a v budoucnu jsou méně ochotní dvořit se i samicím připraveným k reprodukci. Právě tuto paměť použili specialisté v popisované studii.

Zdroj: Indrani Ganguly-Fitzgerald, Jeff Donlea, Paul J. Shaw. Prožitek z bdění ovlivňuje potřebu spánku u Drosophila // Věda, 2006. V. 313. č. 5794. S. 1775–1781.

Viz také:
William J. Joiner, Amanda Crocker, Benjamin H. White, Amita Sehgal. Spánek u Drosophily je regulován tělem dospělých hub // Příroda, 2006. V. 441, s. 757-760 (8. června 2006) – říká, jaké biochemické kaskádové reakce jsou zapojeny do řetězce trvání cAMP-spánku, a také nastiňuje odrazový můstek pro tyto akce – houbová těla nervového ganglionu v předním pohledu.

ČTĚTE VÍCE
Jak přimět cejna ke kousnutí?