25 Maio 2023
Como os animais usam o olfato para determinar a identidade e a localização de outros animais
Uma exploração mecanística às vias neurais da Drosophila revela como o olfato codifica a identidade e a localização dos estímulos.
Muitos animais dependem do olfato para identificar e localizar objetos ao seu redor e reagir adequadamente. Para melhor investigar este fenómeno, o grupo liderado por Greg Jefferis investigador principal do Laboratório de Biologia Molecular (LBM) no Campus Biomédico de Cambridge estabeleceu uma colaboração com cientistas do Laboratório de Comportamento e Metabolismo, liderado por Carlos Ribeiro, na Fundação Champalimaud (FC) e do Grupo de Drosophila Connectomics da Universidade de Cambridge e juntos estudaram moscas da fruta machos. Estes animais são conhecidos por libertar uma feromona, chamada de acetato de cis-vaccenil (cVA), que é detetado por um canal olfativo específico e que atua como um afrodisíaco nas fêmeas, mas que nos machos promove agressividade. Os investigadores do LBM tiraram partido desta diferença, baseada no sexo, na reação a esta feromona, para determinar a primeira explicação mecanística de como o olfato pode codificar tanto a identidade quanto a localização de um estímulo.
Os investigadores estudaram o cérebro da Drosophila a vários níveis, construindo modelos de circuitos para examinar como os diferentes aspetos de um sinal sensorial são separados pelo cérebro. A sua abordagem foi guiada pelo recém-publicado conectoma de resolução sináptica (um mapa de conexões cerebrais) do cérebro adulto da Drosophila e sua análise, um trabalho levado a cabo por membros do laboratório de Greg Jefferis.
Recorrendo a moscas geneticamente modificadas, o grupo conseguiu testar as hipóteses geradas a partir do seu mapa de conetividade. A microscopia fluorescente permitiu o registo de como células neurais específicas respondem a estímulos e, através da alteração da atividade das células, conseguiram identificar qual o comportamento social que estas células representam.
Examinando como as moscas fêmeas usam o cheiro para determinar a localização dos estímulos, o grupo descobriu que as moscas são especialmente sensíveis às diferenças no cheiro que atingem ambas as antenas – as narinas da mosca – e podem usar essa informação para localizar um macho. Além disso, os investigadores determinaram o mecanismo através do qual um único neurónio aumenta o contraste esquerda-direita, permitindo uma capacidade aprimorada de localizar a direção angular do macho com precisão, apesar da pequena diferença espacial entre as antenas.
As descobertas ilustram como uma única sensação – o cheiro de um macho – é dividida em diferentes aspetos dentro do cérebro, cada um codificado por um caminho neural dedicado. Os resultados fornecem uma descrição abrangente de como um único estímulo é decomposto pelo cérebro na resolução sináptica, com um diagrama completo de conetividade e funcionalidade. A capacidade do cérebro de interpretar o ambiente circundante baseia-se na decomposição de cada estímulo em componentes elementares e na atribuição de significados a cada um deles.
Por exemplo, a velocidade do movimento do macho, sua localização no espaço ao redor da fêmea e a qualidade do macho enquanto potencial parceiro de acasalamento são computadas separadamente no cérebro, e cada uma pode levar a uma resposta diferente. Por exemplo, enquanto que o caminho ligado à qualidade do macho pode provocar uma resposta sexual na fêmea, o mesmo não acontece para o caminho que representa o movimento do macho.
Com base no mapa do conectoma, o grupo de Cambridge colocou a hipótese de que certas células neurais, além do olfato, integravam também informações gustativas. “Notavelmente, descobriram que ativando artificialmente, e em simultâneo, os neurónios gustativos e olfativos aumentava a recetividade feminina. Através de uma série de experiências, o nosso grupo na Fundação Champalimaud demonstrou que os neurónios gustativos identificados exibiam forte sensibilidade à estimulação com os órgãos genitais das moscas machos.” explica o investigador pós-doutorado Daniel Münch. “Estas descobertas vêm reforçar a teoria, formulada com base no mapa do conectoma pelos nossos colaboradores em Cambridge”, conclui o investigador principal Carlos Ribeiro.
Esta compreensão avançada da resposta neural a um único estímulo sensorial contribui para o esforço científico no sentido de explicar completamente como funciona o cérebro saudável. Isso é necessário para entender melhor o que acontece nos cérebros doentes ou feridos. Olhando para o futuro, esta abordagem servirá como ponto de referência para trabalhos futuros em espécies com cérebros maiores, que é também um dos focos para futuros conjuntos de dados revelados no mapa de conexões cerebrais.
