Śledź ruch i zachowanie najmniejszych stworzeń

Docent Mason Klein jest zafascynowany ruchem i zachowaniem zwierząt.

„Dlaczego zwierzęta robią to, co robią i jak decydują, dokąd iść? A także, co dzieje się w mózgu, aby zachowywały się w ten sposób? Porywają mnie te pytania” – powiedział Klein, członek wydziału Wydziały Fizyki i Biologii w Kolegium Sztuki i Nauki.

Klein niedawno otrzymał grant CAREER od National Science Foundation (NSF), aby głębiej zagłębić się w swoje badania nad zachowaniami nerwowymi i motorycznymi zwierząt, takich jak larwy much, które bada w swoim laboratorium.

„Naszym głównym celem jest zrozumienie, w jaki sposób żywe systemy pochłaniają informacje o swoim otoczeniu, przetwarzają je w swoich mózgach, a następnie wykonują fizyczne działania” – dodaje Klein. „Używamy larw Drosophila jako systemu modelowego – to świetne zwierzę, ponieważ porusza się powoli i jest przezroczysty, dzięki czemu możemy zobaczyć jego neurony w akcji”.

Larwy much zawierają tylko kilka tysięcy neuronów i tworzą połączenia, które sprawiają, że ich mięśnie poruszają się w zależności od tego, co się wokół nich dzieje. W laboratorium Klein wykorzystuje różne bodźce, takie jak temperatura, ruch i światło, aby śledzić i monitorować zachowanie tych malutkich stworzeń o długości zaledwie jednego milimetra.

„Kładziemy larwy much na płaskiej powierzchni i obserwujemy, jak poruszają się do przodu lub zawracają” – powiedział Klein. „To, co naprawdę robią, to szukanie jedzenia. To zawsze jest ich główne zadanie. Jednak jakimi zasadami przestrzegają, aby osiągnąć to, czego chcą? Mają bardzo małe mózgi i nie mają oczu. Kiedy umieszczamy je w miejscu, które robią nie wiem, gdzie się znajdują, jakie są zasady, które określają, gdzie się poruszają?”

To przezroczyste ciało larwy muchy zapewnia Kleinowi wyraźny obraz bezpośrednio w mózgu larwy, umożliwiając mu robienie zdjęć aktywności mózgu w czasie rzeczywistym. Komórki mózgowe larw much zapalają się i stają się jaśniejsze, gdy komórka jest włączona, jak żarówka. Klein użyje specjalnego lasera, który może skupić i celować, a następnie przeciąć pojedynczą komórkę mózgową, co pozwoli mu zbadać, czy larwa zachowuje się inaczej.

„Logika jest taka, że ​​możemy zobaczyć, jak zmienia się zachowanie, gdy brakuje neuronu, i połączyć rolę, jaką odgrywa neuron” – powiedział Klein. „Możemy wtedy zbudować „mapy”, które mogą przewidzieć, jakie zachowania motoryczne zwierzę zastosuje w odpowiedzi na bodziec, taki jak ciepło, zimno, światło, wibracje, a nawet kilka bodźców jednocześnie” – powiedział Klein.

Stypendium NSF pomoże wesprzeć badania Kleina poprzez finansowanie sprzętu laboratoryjnego, asystentów badawczych i projektów opartych na wynikach badań Kleina. Na przykład planuje współpracować przy projekcie, który wykorzystuje dane o zachowaniu larw zebrane przez studentów-badaczy z całego świata, aby dowiedzieć się więcej o zachowaniu zwierząt. Współpracuje również z Lowe Art Museum przy instalacji łączącej filmy gąsienicowe.

„Aspekt kompozycji artystycznej pojawi się za kilka lat, ale jest to bardzo ekscytujące i zabawne” – powiedział Klein. „Patrzenie na zdjęcia ruchów larw much na płaskiej powierzchni przypomina mi abstrakcyjny ekspresjonizm. Wspaniale jest połączyć sztukę i naukę z tym transformacyjnym grantem z National Science Foundation”.