Pelės smegenys yra pasirengę žmonėms pamatyti pasaulį • Elena Naimarkas • Mokslo naujienos apie "Elementus" • Genetika, neurobiologija

Pelės smegenys yra pasirengę žmonijai pamatyti pasaulį.

Norint patikrinti, ar transgeninės pelės gali atskirti spalvų atspalvius, tiektuvai buvo apšviesti monochromatine šviesa. Sojos pieno dalis gavo tik tą pelę, kuri galėjo pamatyti, kad tinkamas tiektuvas skiriasi nuo dviejų kairiųjų. Nuotraukos iš www.hhmi.org

Amerikos mokslininkai tyrė transgenines pelėms su įmontuotu žmogaus pigmento pigmentu. Kaip šios pelės suvokia spalvą? Ar galimas pelės smegenis, ginkluotas žmogaus (trichromatine) fotoreceptorių sistema, suvokti pasaulį žmogaus keliu? Elgesio eksperimentai kartu su elektrofiziologiniais tinklainės matavimais rodo, kas veikia.

Spalvų regėjimas būdingas daugeliui gyvūnų grupių – ir bestuburių, ir stuburinių. Vabzdžiai ir voragyviai labai skiriasi, jie gali matyti net ultravioletinėje juostoje; Žuvis taip pat mato labai daug spalvų, o šis gebėjimas nustatė nuostabias koralų žuvų spalvas. Daugelis varliagyvių ir roplių ir, žinoma, visi paukščiai turi spalvų regėjimą. Tačiau primaties spalvų regėjimas kokybiškai skiriasi nuo kitų gyvūnų gėlių suvokimo.Taip yra dėl to, kad evoliucijos metu primatai įgijo papildomą fotoreceptorių tipą.

Žinoma, kad gyvūno akis aptaiso tinklainė – šviesai jautrus pigmento sluoksnis. Šiame sluoksnyje veikia šviesos jautrūs lęsteliai – strypai ir spurgai. Spalviniai lazdelės nesuvokia. Ir jie yra atsakingi už mūsų meno skonio kūgius. Photopigment lazdos tik viena – Rodopsinas, kūgio fotopigmentai – porfyropšinai. Daugelis stuburinių gyvūnų turi dvi šviesai jautrius pigmentus, vadinamuosius dichromatus (žr. Dichromaziją), o primatai yra trys: mėlyna, žalia ir raudona, jie yra trichromatai (tačiau skaitytojai neturėtų būti apgaudinėjami apie savo spalvų geniją – meldžiamasis mantis turi 12 spalvų jutiklių ląstelių tipai!).

Tai (kairė nuotrauka) pamatyti Žemės trichromatus – žmones su įprasta trijų pigmentinių vizija ir tokius (teisinga nuotrauka) – dichromatai, kuriems trūksta fotoreceptorių, kurie atskiria raudoną ir žalią. Nuotrauka iš humbio.ru

Mėlynasis pigmentas yra bendras visiems stuburiniams gyvūnams (ir už jį atsakingas genas yra autosomoje), tačiau žali ir raudoni būdingi primatai (šie du baltymai koduojami genais,esantis X chromosomos; todėl spalvų suvokimo sutrikimai yra su lytimi susijusios ligos, "vyrų" ligos), kiti gyvūnai patenkinti tik vienu iš šių pigmentų. Todėl spalvų spektras, kurias jie skiria, skiriasi nuo žmogaus. Taigi, žirgai nemato mėlynojo dangaus, karvės negali atskirti raudonos obuolio nuo geltonos, pelės pamato pilkąjį rudens klevą.

Pelės, kurių akimis ekspresuojamas vidutinio bangos ilgio M-pigmentas (A), ilgio bangos ilgio žmogaus L-pigmentas (B) ir abu šie pigmentai M + L (C), elektroretinogramos. Pav. iš aptariamo straipsnio Mokslas

Atspausdinus šviesai jautrius kūgio pigmentus įvyko anksčiau nei prieš 500 milijonus metų, tačiau trečiojo papildomo pigmento pasirodymas X chromosomoje yra santykinai nesenstantis dalykas. Senajame pasaulyje beždžionėse yra trys vizualiniai pigmentai, panašūs į žmones, tačiau amerikiečių beždžioniuose vyrai yra dichromatai, o kai kurios moterys yra trichromatai. Visi trys šviesai jautrūs pigmentai veikia šio geno heterozigotinėse patelėse. Manoma, kad tokio tipo šviesai jautrių genų pasiskirstymas būdingas pradiniam trichromo spalvos suvokimo formavimo etapams.

Atsižvelgdami į tai, mokslininkai nusprendė atsakyti į du svarbius klausimus. Pirma, ar paprastas naujo pigmento įsigijimas gali suteikti naują viziją? Iš tikrųjų, formuojant vaizdą, nepakanka suvokti spalvos, tačiau smegenys vis tiek turi būti pajėgios atpažinti naują signalą ir tinkamai reaguoti į jį. Ar žinduolių smegenys yra pasirengusios nedelsiant, ty be ilgo evoliucinio pasiruošimo, spalvų skirtumo? Antrasis klausimas logiškai išplaukia iš pirmojo ir yra susijęs su primatų evoliucijos paaiškinimu. Ar moterys, turinčios geresnę spalvų viziją, gali gauti tiesioginį pranašumą prieš savo dichromatines gimines ir todėl perkelti naują įsigijimą į natūralios atrankos valdymą?

Norėdami atsakyti į šiuos klausimus, Geraldas H. Jacobs iš Kalifornijos universiteto Neurologijos instituto (Santa Barbara, JAV) kartu su Johns Hopkinso medicinos mokyklos kolegomis (Baltimorė, JAV) eksperimentavo su pelėmis, kurios buvo perduotos lytiniam chromosomui. žmogaus regėjimo pigmento genas. Kaip ir naujojo pasaulio beždžionės, šioje transgeninių pelių linijoje yra vyrų, kuriuose naudojami dviejų tipų regėjimo pigmentai – įprasta mėlyna ir pele vidutinė banga (λmaks = 510 nm), o moterys – homo ir heterozigotiniai. Heterozigotinėse patelėse jau yra trijų tipų pigmentai, trečiasis – žmogus, reaguojantis į raudonąją spektro dalį (λmaks = 556 nm). Homozigotinės moterys yra dichromatai, turintys arba pelės spinduliuotės pigmento, arba žmogaus ilgio bangos ilgį. Žinoma, eksperimentus domino heterozigotinės moterys. Tai buvo ant jų ir atliko eksperimentus.

Transgeninių pelių akies jautrūs ilgi bangų pigmentai buvo gana aktyvūs. Kaip rodo electroretinograms, naujas pigmentas suteikia nedidelį spalvų suvokimo ilgojo bangos ilgio srityje pasikeitimą.

Apytiksliai išskirti matomo spektro spalvas normalus (viršuje) ir transgeninių (žemyn žemyn) pelė. X ašis – bangos ilgis nanometrais; kairėje – trumpos bangos, dešinėje – ilgai. Pav. © Jim Holloway iš www.hhmi.org

Elgsenos eksperimentuose buvo patikrinta, ar trichromatinės pelės gali atskirti tiektuvų spalvas ir tinkamai reaguoti spausdami svirtį. Tiektuvai buvo apšviesti monochromatine šviesa. Teisingą stumti ant svirties sustiprino dalis mėgstamų sojos pieno pelių. Prieš eksperimentus pelės nebuvo šeriamos per dieną, o badas sustiprino ketinimą tinkamai atlikti užduotį.Paaiškėjo, kad pelės gali išskirti visas spalvas nuo violetinės iki raudonos, o suvokimo riba priklausė nuo vidutinio ir ilgo bangos ilgio pigmentų santykio. Kuo daugiau ląstelių su ilgo bangos ilgio pigmentu, tuo daugiau dešinią svirtelę spaudžia reikiamame šviesos diapazone. Tai ypač pastebima eksperimentuojant su spalvomis, kurių bangos ilgis yra nuo 550 iki 580 nm. Taigi pelių smegenyse tinkamai interpretuoti "žmogaus" receptorių gautus signalus pelių tinklainėje.

Kaip paaiškinti šiuos rezultatus? Galų gale reikia nepamiršti, kad pelėms, skirtingai nuo žmonių ir primatų, nėra specializuotų neuronų ir ganglijų, atsakingų už impulsą nuo ilgųjų bangų receptorių. Kaip pelės be jų veikė? Mokslininkai daro išvadą, kad yra daugybė alternatyvių mechanizmų smegenų spalvinių impulsų perdavimui ir analizavimui. Svarbiausia, kad smegenys gali atskirai pajausti ir interpretuoti impulsus iš jautrių ląstelių su skirtingais receptorių tipais, nes jie turi potencialiai skirtingą informaciją. Po to, kai įgijote naują receptorių, šio signalo perdavimo ir analizės sistema smegenyse gali palaipsniui tobulėti, patraukdama savo darbo kokybę į spalvų suvokimo kokybę.

Šaltinis: Gerald H. Jacobs, Gary A. Williams, Hugh Cahill, Jeremy Nathans. Žmogaus kūgio fotopigmentas Naujos spalvos vizijos atsiradimas pelėms Mokslas. 2007. V. 315. P. 1723-1725.

Taip pat žiūrėkite:
Kaip mes matome tai, ką matome – svarbių spalvinio suvokimo ir spalvinės vizijos tyrimų istorijos pristatymas; šiuolaikinės idėjos apie smegenų darbą iššifruoti spalvų impulsus.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: