Kesä ja kärpäset alkavat olla tältä vuodelta historiaa, mutta jos muistoihin on jäänyt mielikuva hyönteisten päämäärättömästä poukkoilusta, se on virheellinen. Kärpäsetkin osaavat suunnistaa. Tuore tutkimus on selvittänyt, miten niiden aivojen neuronit virittyvät ottamaan vastaan ympäristön visuaalisia ärsykkeitä – samaan tapaan kuin ihmisellä.
Howard Hughes Medical Instituten tutkijat Vivek Jayaraman ja Johannes Seelig ovat selvittäneet, miten banaanikärpäset tunnistavat ja muistavat näkemänsä. Taitonsa turvin ne osaavat hakeutua suojaisiin paikkoihin ja välttää vaaroja.
Kärpäsen visuaalisten suunnistustaitojen taustalla on niiden aivojen ydinalue, joka on nimeltään keskeinen kompleksi. Selkärankaisilla, myös meillä ihmisillä, sitä vastaa tyvitumake. Tutkijoiden mukaan kärpästen aivoissa olevat neuronit reagoivat samanlaisiin visuaalisiin peruspiirteisiin kuin ihmisten vastaavat neuronit.
Kärpäsaivojen keskeisen kompleksin toimintaa ei aiemmin ole tutkittu, mutta esimerkiksi perhosilla ja heinäsirkoilla sen on todettu mahdollisesti liittyvän suunnistamiseen valon polarisaation avulla. Torakoilla se puolestaan on tärkeässä asemassa tuntosarvista tulevien ärsykkeiden käsittelyssä.
Banaanikärpäsen kokoisen hyönteisen aivotutkimuksessa on omat ongelmansa, mutta tutkijat onnistuivat kehittämään menetelmän, jolla voidaan tarkkailla hermosolujen aktiivisuutta geneettisesti koodattujen proteiinien avulla. Kaksifotonimikroskoopilla pystytään havaitsemaan kalsiumionit, jotka liittyvät hermoimpulssin etenemiseen.
Tutkimuksen kohteena olleet kärpäset asetettiin ”virtuaaliareenalle”, jonka seinille voitiin heijastaa yksinkertaisia kuvioita. Erilaisten kuvioiden todettiin saavan aikaan erilaisia ärsykkeitä: esimerkiksi pystyjuovat aiheuttivat useimmissa neuroneissa voimakkaamman vasteen kuin vaakajuovat.
Lisäksi selvisi, että kullakin neuronilla on kärpäsen näkökentässä oma alueensa, johon tuleviin visuaalisiin ärsykkeisiin se reagoi. Nyt saadut tulokset eivät kuitenkaan kerro sitä, tunnistaako kärpänen näkemäänsä vai muuttuuko näköaistimus suoraan toiminnaksi.
Tutkimuksessa todettiin, että neuronit reagoivat ympäristön visuaalisiin ärsykkeisiin yhtä voimakkaasti riippumatta siitä, pysyttelikö kärpänen paikallaan vai liikkuiko se jalan. Lentäminen heikensi vastetta jonkin verran, mutta silti ulkoiset ärsykkeet olivat määräävässä asemassa kärpäsen käyttäytymisen suhteen.
Laajempana tavoitteena on selvittää aivoissa tapahtuvan informaation käsittelyn perusperiaatteita. Tutkijoiden toiveena on muodostaa selkeä kuva hermostollisista algoritmeista, jotka saavat aikaan aistihavaintojen pohjalta toimintaa.
Tutkimus on julkaistu 9. lokakuuta Nature-tiedelehdessä.
Kuva: Igor Siwanowicz, Johannes Seelig, Vivek Jayaraman.
