10 June 2016
Mannelijke fruitvliegjes hebben een paringsaandrijving en de opkomst en ondergang worden gecontroleerd door dopaminegehalten in een deel van de hersenen, heeft een team van neurobiologen van de Harvard Medical School gevonden.
De ontdekking geeft inzicht in de aard van motivatie over soorten, aldus de onderzoekers.
"Niemand van ons is echt geïnteresseerd in vliegen of hun seksuele gedrag", zegt Dragana Rogulja, assistent-professor neurobiologie aan de Harvard Medical School en co-senior auteur van het onderzoek. "We proberen te begrijpen hoe dieren beslissingen nemen en uitvoeren om wel of niet gedrag te vertonen."
Gerapporteerd juni 9 in Neuron, onthullen de bevindingen meer over hoe een verandering in de interne toestand van een dier het ertoe kan aanzetten om te stoppen met iets te doen waarvoor het eerder gemotiveerd was, zoals hoe iemand de neiging heeft om te stoppen met eten wanneer zijn hersenen aangeven dat zijn maag vol is, zelfs als er nog smakelijk voedsel op blijft de tafel.
"Onze hersenen worden constant in veel verschillende richtingen getrokken", zegt Michael Crickmore, HMS assistent-professor neurologie in het FM Kirby Neurobiology Center in het Boston Children's Hospital en co-senior auteur van de studie. “Hoe kies je van alle dingen die je zou kunnen doen, het gedrag dat het meest urgent en geschikt is voor de omstandigheden in jou en in de buitenwereld?
"Eerder in mijn carrière leek het een wensdroom dat we een echt mechanistisch begrip zouden krijgen van hoe dit werkt," zei Crickmore. “Toch zien we al dat de wolken beginnen te verdwijnen. We vinden enkele fundamentele principes van hersencircuits waarvan we denken dat ze waarschijnlijk in grote lijnen worden behouden. Voor mij is dat echt spannend. "
Teveel van het goede
De eerste auteur van de studie, Stephen Zhang, een Quan predoctorale fellow in het Rogulja-lab, mede-mentor van Crickmore, begon met het opmerken dat mannelijke fruitvliegen die in flesjes met 25 vrouwelijke vliegen werden geplaatst hun interesse verloren na drie tot vier paringen.
Wat veranderde? Experimenten gaven aan dat de vliegen niet moe werden en dat ze ook niet op zoek waren naar een nieuw stel vrouwtjes.
Zhang ontdekte dat de voortplantingsvloeistof in de ejaculatiebollen van de vliegen - "het deel waar de evolutie om geeft" - bij elke copulatie uitgeput raakte. Maar het verwijderen van de voortplantingsorganen van mannelijke vliegen had helemaal geen invloed op hun paringsdrang.
Zhang liet vervolgens een groep mannetjes normaal paren, maar stopte een tweede groep halverwege de coïtus, voordat ze reproductievloeistof aan de vrouwtjes overdroegen. Hoewel de zaadlozingbollen van de tweede groep vol bleven, ondervonden beide groepen een afname van de paringsdrang.
"Dat vertelde ons dat er aan het begin van de paring een signaal wordt gestuurd dat de hersenen instrueert om de paringsdrive te downreguleren en dat kan dienen als een indicatie voor de hoeveelheid resterende vloeistof", zei Rogulja.
Na duizenden tests heeft het team vastgesteld dat deze downregulatie werd veroorzaakt door veranderingen in de activiteit van specifiek dopamine producerende neuronen.
Punt van convergentie
Fruitvliegjes waren een aantrekkelijk modelsysteem omdat hun kleine hersenen slechts ongeveer 135,000 neuronen bevatten, vergeleken met 85 miljard van de menselijke hersenen. De onderzoekers kozen ervoor om de paringsdrang gedeeltelijk te bestuderen omdat het een seksueel dimorf gedrag is bij vliegen, wat betekende dat het team zijn zoektocht kon beperken tot de 3,000 neuronen die verschillen tussen mannetjes en vrouwtjes.
Daarvan was Zhang in staat om slechts enkele dopamine-producerende neuronen te lokaliseren waarvan de activiteit overeenkwam met de paringsdrang van de vliegen. Het team kon nauwkeurig voorspellen hoe vaak een vlieg had gepaard op basis van hoe druk of flauw die neuronen waren.
"Je kon zien in welk stadium van verzadiging de vlieg zich bevond", zei Rogulja.
De onderzoekers ontdekten dat dopamine werkte op P1-neuronen, waar de gezichten, geluiden, geuren en smaken van een vrouwelijke vlieg samenkomen. Van activatie van P1-neuronen was bekend dat ze courtship-gedrag teweegbrengen.
Het team zag dat als een mannelijke vlieg veel dopamine op P1 losliet, het besloot voor de rechter te gaan, maar als dopamine-output op P1 laag was, geen sensorische input van vrouwelijke vliegt zou haar interesse kunnen wekken.
Het bleek dat hoge dopaminegehaltes in de hersenen van een man sensorische informatie over een vrouw mogelijk maakten om P1-neuronen te activeren en verkering te initiëren. Na een paar paringen, dopamine niveaus viel, en dezelfde sensorische informatie kon P1 niet activeren.
"We denken dat we een glimp opvangen van een algemene manier om motivaties te achterhalen," zei Crickmore. "Als je een mannetje probeert te dwingen een vrouwtje niet het hof te maken, zou je de mogelijkheid kunnen blokkeren om sensorische signalen van het vrouwtje te ontvangen, maar dan kan het mannetje misschien niet zien dat er een andere vlieg daar is, of kan het verwarren met een man. Je zou motorische functies kunnen blokkeren om verkering te voorkomen, maar dan kan het mannetje problemen hebben met het uitvoeren van ander gedrag. "
Rogulja voegde eraan toe: “Je verandert liever de manier waarop al die informatie wordt omgezet in doelgerichte motorische output. Op die manier kun je parallelle processen in de hersenen hebben voor verschillende gedragingen. "
De onderzoekers benadrukken dat ze hun bevindingen snel konden vertalen naar een theorie over hoe motivatie werkt op neurologisch niveau, omdat er al zoveel bekend was over de effecten van dopamine op gedrag en wat er in P1 gebeurt.
"Het is niet alleen dat Stephen een diagram in kaart heeft gebracht dat laat zien dat dopaminerge neuronen rechtstreeks communiceren met neuronen van de verkering," zei Rogulja. "Wat belangrijk is, is dat we een principe blootleggen dat waarschijnlijk behouden blijft en dat ons helpt te begrijpen hoe gedrag wordt gemotiveerd."
Verken verder: Onderzoek naar fruitvliegjes kan onthullen wat er in vrouwelijke hersenen gebeurt tijdens verkering en paring
Meer informatie: Dopaminergic Circuitry onderliggende paringsaandrijving. Neuron, dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2016.05.020
Referentie van het tijdschrift: Neuron
Geleverd door: Harvard Medical School
Lees meer op: http://phys.org/news/2016-06-fruit-sex-hints-animals-behaviors.html#jCp
;
