La saison de la chasse aux mouches est arrivée. A peine aurez-vous posé vos fraises fraîches sur le comptoir de la cuisine que la première mouche des fruits arrivera. Il ne faudra pas longtemps pour qu’un peloton de copains Drosophila plane autour du butin.
Si vous choisissez d’écraser, de balayer, de gifler, de revers ou de poursuivre vos penchants insecticides, ne perdez pas un moment d’apprentissage. Tout ce que vous avez à faire est d’embrasser cette maxime intemporelle : Connaissez votre ennemi. Incontournable du laboratoire, la mouche des fruits s’est avérée être une source inépuisable d’inspiration biologique et de connaissances sur le développement et le fonctionnement du cerveau et du corps.
Première leçon : les mouches des fruits existent depuis plus longtemps que nous, beaucoup plus longtemps
Très probablement, vous échouerez lamentablement dans votre zèle pour éliminer vos mouches à fruits internes. Ce n’est pas que vous êtes incapable d’aligner vos coups mortels. C’est juste que l’évolution a perfectionné les minuscules cerveaux, ailes, systèmes sensoriels, musculatures et organes internes des mouches dans l’art de la survie. depuis environ 40 millions d’années. C’est 38 millions d’années de plus qu’il n’en a fallu à nous, Homo sapiens, pour évoluer à partir de nos ancêtres australopithèques. Les mouches des fruits sont à l’école de l’évolution depuis bien plus longtemps que l’humanité.
Deuxième leçon : les mouches des fruits ont un culte en science
Au début du 20e siècle, l’un des premiers chercheurs à adopter ce don involontaire à la science fut Thomas Hunt Morgan de l’Université de Columbia. En 1910, Morgan a remarqué qu’il pouvait facilement repérer des mutations, telles que de grands yeux blancs au lieu des grands yeux rouges habituels des mouches. Lui et ses collègues de laboratoire ont appris à lier ces mutations physiques à des segments génétiques spécifiques situés le long des chromosomes des insectes.
Depuis lors, ces petits arthropodes sont restés des partenaires de recherche bien-aimés et révélateurs. Pour une grande partie de ce que nous savons sur la génétique, l’hérédité, le développement biologique, la science sensorielle, de nombreuses maladies et une myriade d’autres facettes de la biologie, nous devons remercier les mouches des fruits. Une récente enquête auprès de la communauté de recherche sur les mouches des fruits a indiqué qu’une estimation de plus de 6 000 « travailleurs de la mouche dans le monde semble prudente ».
Troisième leçon : les mouches des fruits sont de minuscules Houdinis
Face à une menace, une mouche des fruits peut réagir presque instantanément. Pour effectuer des mouvements d’évitement de base, l’insecte, même au stade larvaire, doit garder une trace précise de l’endroit où se trouve son corps dans l’espace. Ce sens du lieu corporel, commun à tous les animaux, est appelé proprioception. Il permet, par exemple, aux humains de savoir où se trouvent leurs membres sans les regarder directement et de faire des ajustements fins lors de tout mouvement, comme atteindre une fraise.
Wesley Grueber, Ph.D., et ses collègues de l’Institut Zuckerman de Columbia ont découvert qu’une collection de cellules sensorielles dans la mouche lui permet de garder une trace précise de l’emplacement des différentes régions du corps pendant le mouvement.
Le Dr Grueber souligne que des cellules et des circuits similaires se déclenchent probablement lorsque les mouches font ces séquences d’échappement aéronautiques qui vous font maudire dans la cuisine. Autrement dit, à moins que vos revers habilement exécutés n’écrasent les mouches des fruits en fuite, de sorte que leur mariage précédent et magnifique de forme et de fonction se transforme en taches entropiques sans fonction.
Quatrième leçon : les mouches des fruits ont 1 600 yeux, en quelque sorte
Si vous pouviez traverser les séquelles d’une mouche des fruits écrasée 580 000 cellules environ, vous trouverez au moins quelques-unes des 800 facettes récoltant la lumière, ou ommatidies, qui composent chacun des yeux d’une mouche. Vous pourriez également trouver des restes des 200 000 neurones qui composent le système nerveux de la mouche et donc les circuits qu’elle avait utilisés pour voir le monde.
Vous vous promèneriez également sur le territoire de Rudy Behnia, Ph.D., chercheur principal à l’Institut Zuckerman. Entre autres choses, le Dr Behnia a taquiné les circuits cellulaires et les calculs qui sous-tendent la vision des couleurs des mouches des fruits.
« Les informations spectrales dans le monde sont très riches et les mouches pourraient les utiliser pour la reconnaissance d’objets », ainsi que pour déterminer l’heure de la journée et naviguer avec des indices sur l’emplacement du soleil à partir de la couleur du ciel, explique le Dr Behnia.
Comme en témoigne votre terrible moyenne au bâton en matière d’écrasement des mouches, vos insectes ennemis savent que votre main meurtrière arrive. Ces informations proviennent des circuits de retard de signal intégrés au système visuel de la mouche des fruits. Si les signaux sensoriels initiaux changent entre les ommatidies, comme cela se produit lorsque votre main balaie le champ de vision d’une mouche, les signaux résultants plus profonds dans le cerveau de la mouche contiennent des informations sur la direction dans laquelle votre main se déplace.
Ajoutez maintenant la phototaxie de la mouche, qui joue dans son talent pour détecter et se déplacer vers la lumière ultraviolette, et vous avez la base neurobiologique d’un plan d’évacuation. « Étant donné que la plupart des objets dans la nature réfléchissent plutôt qu’ils n’absorbent le rayonnement ultraviolet, la principale source d’UV naturels est le ciel ouvert », explique le Dr Behnia. Cela signifie que si vous êtes une mouche des fruits et que vous détectez une mauvaise volonté, il vous suffit de suivre cet UV vers le ciel ouvert.
Cinquième leçon : les mouches des fruits font des calculs hallucinants, le tout dans leur tête
Pour tracer leur parcours à travers le monde et échapper aux trajectoires en période de péril, les mouches des fruits utilisent des points de référence externes, tels que la position du soleil, ainsi que de sérieuses mathématiques mentales.
« Les mouches font de la trigonométrie », explique Larry Abbott, Ph.D., co-directeur du Center for Theoretical Neuroscience à l’Institut Zuckerman. « C’est incroyable. »
Les calculs mentaux d’une mouche commencent par représenter des vecteurs, des flèches mathématiques avec des angles et des longueurs qui eux-mêmes représentent la direction et la vitesse du mouvement. Dr Abbott et ses collègues découvert que les mouches utilisent des motifs en forme de vagues de l’activité cérébrale pour coder ces vecteurs. Les amplitudes et les phases de ces modèles d’ondes neuronales correspondent aux longueurs et aux angles des vecteurs correspondants dans l’espace réel.
« Les mouches effectuent les types de calculs vectoriels souvent assignés dans les cours d’introduction à la physique, mais elles le font d’une manière qui n’est généralement pas enseignée dans de tels cours », explique le Dr Abbott, ajoutant qu’il attend avec impatience l’arrivée, plus tard cet été, à un nouveau collègue de l’Institut Zuckerman, le Dr Gwyneth Card. Elle étudiera les circuits neuronaux que les mouches utilisent pour décider exactement quelle réponse d’évasion adopter, disons, lorsqu’une main humaine menaçante viole leur espace personnel.
Sixième leçon : les mêmes gènes qui font pousser les humains font pousser les mouches
Une mouche contient un demi-million de cellules, réparties en plus de 200 types de cellules et organisées en parties du corps allant des antennes sur le devant de sa tête aux poils sur son postérieur. Ce plan corporel sophistiqué émerge d’un œuf fécondé grâce à seulement huit gènes de la famille Hox : les maîtres conducteurs du développement.
Au cours de nombreuses années d’enquêtes, Richard Mann, Ph.D., un autre neuroscientifique de Zuckerman qui étudie les mouches des fruits, a découvert comment les gènes Hox, les facteurs de transcription et de nombreux autres gènes et protéines coordonnent leurs exploits de construction de mouches selon une logique brillante. du développement biologique. Ce que les scientifiques apprennent sur cette logique chez des organismes modèles comme les mouches des fruits indique souvent une logique de développement analogue chez les humains, explique le Dr Mann. Il souligne que le terrain d’entente génétique entre les humains et les mouches des fruits s’étend au-delà des gènes de développement. Dit Mann: « Tant de gènes humains se trouvent également dans les mouches et la majorité des gènes de maladies humaines se trouvent également dans les mouches. »
Septième leçon : Les mouches des fruits sont des symphonies de notes génétiques et cellulaires
La chercheuse principale de l’Institut Zuckerman, Minoree Kohwi, Ph.D., extrait encore plus de connaissances biologiques des gènes de la mouche des fruits. Elle a identifié les lieux et les moments spécifiques où les gènes de développement deviennent actifs dans des générations séquentielles de cellules d’une mouche des fruits en croissance.
« Pensez à chaque gène comme une seule note musicale : en soi, une note est un son isolé, mais jouez chaque note au bon moment pendant la bonne durée, et vous obtenez une belle symphonie », a déclaré le Dr Kohwi.
L’une des grandes questions auxquelles elle vise à répondre est la suivante : « Comment les milliers de types de cellules différents sont-ils produits de manière aussi organisée pour permettre le bon fonctionnement du cerveau ? »
Le laboratoire du Dr Kohwi découvre les origines des nombreux types de cellules différentes du cerveau d’une mouche et aide ainsi à révéler les origines d’une diversité similaire de cellules dans son propre cerveau. Ses recherches approfondissent les fondements moléculaires de la vie en révélant comment et quand les gènes du développement migrent vers différents endroits du noyau d’une cellule. Ces migrations régulent quand des gènes de développement spécifiques sont actifs et quand ils sont réprimés. Et ces séquences marche-arrêt, dit le Dr Kohwi, « déterminent en fin de compte quand chaque type de cellule cérébrale peut être fabriqué pendant le développement ».
Écraser un miracle
Peu de chercheurs sur la drosophile penseraient à deux fois avant de défendre les fruits frais sur leurs tables avec une force mortelle. Mais à cause de ce qu’ils savent des merveilles des mouches des fruits, vous pourriez voir un éclair d’admiration des mouches sur leurs visages au moment où vous entendez thwap.