تتبع سلوك البحث المحلي المستحث بالسكر في ذبابة الفاكهة

Summary

يصف هذا البروتوكول مقايسة سلوكية لتسجيل سلوك البحث المستحث بالسكر باستخدام ذبابة الفاكهة الميلانوجاستر. يمكن استخدام الفحص لدراسة السلوكيات المتعلقة بالتغذية والبحث عن الطعام ، بالإضافة إلى الآليات العصبية الأساسية.

Abstract

يعد سلوك البحث عن الطعام ضروريا لبقاء الكائنات الحية لأنه يمكنها من تحديد الموارد الغذائية الأساسية والحصول عليها. في ذبابة الفاكهة ، يؤدي الجوع إلى سلوك بحث مميز بعد استهلاك كميات صغيرة من محلول السكر. يقدم هذا التقرير إعدادا تجريبيا بسيطا لدراسة سلوك البحث المستحث بالسكر بهدف الكشف عن الآليات الأساسية. تثير الكميات الدقيقة من محلول السكر المركز سلوك بحث مستمر في الذباب. تم تأسيس مشاركة تكامل المسار في هذا السلوك ، حيث يستخدم الذباب مساره للعودة إلى موقع السكر. تقدم أحدث النتائج دليلا على التعديل الزمني في بدء وشدة سلوك البحث بعد تناول السكر. لقد استخدمنا هذا الإعداد أيضا للتنشيط الاصطناعي للخلايا العصبية مستقبلات الذوق المحددة في البلعوم ، مما يثير سلوك البحث. تقدم مجموعة أدوات علم الوراثة العصبية ذبابة الفاكهة مجموعة متنوعة من الأدوات والتقنيات التي يمكن دمجها مع نموذج سلوك البحث المستحث بالسكر لدراسة الآليات العصبية والجينية الكامنة وراء البحث عن الطعام. يساهم فهم الأساس العصبي لسلوك البحث المدفوع بالجوع في الذباب في مجال علم الأعصاب ككل ، مما يوفر نظرة ثاقبة للآليات التنظيمية التي تحكم سلوكيات التغذية ليس فقط في الكائنات الحية الأخرى ولكن أيضا في البشر.

Introduction

سلوك البحث عن الغذاء والبحث عن الطعام هو استراتيجية أساسية للبقاء على قيد الحياة تظهرها الكائنات الحية عبر الأصناف. تم تحديد نوعين من سلوكيات البحث عن الطعام في الحشرات: البحث الناجم عن الجوع عن الطعام والبحث المحلي بعد^{الوجبة 1}. عند الجوع ، تعتمد الحشرات على الإشارات الحسية لتحديد مصادر الغذاء. عند مواجهة واستهلاك رقعة طعام صغيرة ، يبدأون سلوك بحث محلي يتميز بمسارات معقدة ويدور حول موقع الطعام.

تمت دراسة سلوك البحث المستحث بالسكر ، وهو شكل معين من أشكال البحث المحلي ، لأول مرة منذ أكثر من 60 عاما ، من قبل عالم الأحياء الأمريكي فنسنت ديتييه في الذباب². عندما يتضور جوعا ، يتم تقديم الذباب بكمية صغيرة من السكر بحيث لا يشبعهم ، ويبدأون بحثا محليا. يتميز سلوك البحث النموذجي بالمشي المتعرج للغاية مع انخفاض الحركة ومعدل الدوران المرتفع والعودة إلى موقع انخفاض السكر. وقد بحثت الدراسات اللاحقة في هذا السلوك في ذباب المنزل وذباب الفاكهة^3،4. يتم تنظيم بدء البحث وكثافته ومدته من خلال الحالة الداخلية للحيوان (على سبيل المثال ، الحرمان والتحفيز) بالإضافة إلى العوامل الخارجية مثل توافر الموارد والجودة^1،5،6.

زودت التطورات في تقنيات التتبع الباحثين بأدوات قيمة لالتقاط وتحليل السلوك داخل الساحات الخاضعة للرقابة. هنا ، نقدم نموذجا سلوكيا لتتبع الذباب الذي يمشي بحرية بعد تناول السكر. يتيح هذا الإعداد البسيط دراسة سلوك البحث المستحث بالسكر في ذبابة الفاكهة من خلال التقاط وتحليل حركة الذبابة استجابة لمحلول السكر المركز الموجود في الساحة. باستخدام تقنية التتبع المتقدمة وتقنيات تحليل البيانات ، تم بنجاح تحديد الأنماط الحركية والاستكشاف المكاني وديناميكيات الاستجابة لمحفزات السكر.

باستخدام هذا الفحص ، ثبت تجريبيا أن البحث المستحث بالسكر يتضمن استخدام تكامل المسار ويمكن فصله مكانيا وزمانيا عن تناول السكر ^7,8. علاوة على ذلك ، فقد ثبت أن السلوك يمكن أن يحدث عن طريق تنشيط الخلايا العصبية طعم البلعوم⁹. تظهر النتائج الحديثة أن تحفيز السكر ليس آلية إطلاق فطرية ولكنه أيضا تعديلي ، ويتحكم في بدء السلوك مؤقتا⁸. باستخدام هذا النموذج ، درسنا أيضا هذا السلوك في نحل العسل (Apis mellifera)^7,8.

الهدف النهائي من هذا البحث هو كشف الدوائر العصبية والمكونات الجينية الجديدة المشاركة في تنظيم سلوك البحث من خلال التلاعب الجيني المستهدف وتقنيات التصوير العصبي. أثبتت سلوكيات البحث عن الطعام أنها نماذج تجريبية فعالة للغاية لدراسة الملاحة والذاكرة المكانية في الحشرات. توفر هذه السلوكيات فرصة فريدة للتحقيق في الإدراك الحسي وعمليات صنع القرار والتنسيق الحركي الذي ينطوي عليه البحث عن مصادر غذائية مجزية في الذباب. بالإضافة إلى ذلك ، فإن نتائج هذه الدراسات لها آثار أوسع على فهم سلوكيات التغذية في الكائنات الحية الأخرى ، بما في ذلك البشر ، حيث يتم الحفاظ على العديد من الآليات الوراثية والعصبية الأساسية تطوريا. يرتبط عدم تنظيم سلوكيات التغذية باضطرابات عصبية واستقلابية مختلفة¹⁰. لذلك ، قد توفر الآليات العصبية والجينية الكامنة وراء سلوك البحث في الذباب طرقا جديدة لفهم هذه التحديات المعقدة المتعلقة بصحة الإنسان وربما معالجتها.

Protocol

تم استخدام ذكور الذباب البالغة من سلالة ذبابة الفاكهة الميلانية كانتون-S (CS) من النوع البري في هذه الدراسة.

1. التحضير التجريبي

1. تربية الذباب
   1. جمع ذكور الذباب البالغة الناشئة خلال فترة 12 ساعة والحفاظ عليها على وسائط الذباب القياسية (المعدة في المنزل) لمدة 48 ساعة عند 25 درجة مئوية مع رطوبة نسبية 75٪ في دورة الضوء / الظلام لمدة 12 ساعة.
      ملاحظة: كان تكوين وسائط ذبابة الفاكهة المستخدم (ل 1 لتر من الوسائط) دقيق الذرة (80 جم) ، D-glucose (20 جم) ، السكر (40 جم) ، أجار (8 جم) ، مسحوق الخميرة (15 جم) ، حمض البروبيونيك (4 مل) ، ميثيل 4-هيدروكسي بنزوات (1.25 جم في 3 مل من الإيثانول) ، وحمض الفوسفوريك (600 ميكرولتر) (انظر جدول المواد). تضمن فترة التغذية الأولية حصول الذباب على ما يكفي من الغذاء والمواد المغذية قبل مرحلة الجوع. في حين أن الذباب الذكور والإناث يستنبطون سلوك البحث ، إلا أن وقت الجوع أكثر اتساقا بين ذكور الذباب. بالإضافة إلى ذلك ، تغير إناث الذباب تفضيلها الغذائي بعد التزاوج¹¹.
2. إجراء التجويع
   1. بعد فترة التغذية ، تجويع الذباب من الطعام ولكن مع إمكانية الوصول إلى الماء.
      ملاحظة: لتوحيد حالة الجوع عبر التجارب والسلالات، يقترح تحديد مدة بقاء 90٪ من السكان على قيد الحياة في ظل ظروف متعطشة للغذاء. بناء على هذه النتيجة ، تم تجويع ذباب CS لمدة 28 ساعة (الشكل 1 أ) حيث يمكن أن تؤثر إيقاعات الساعة البيولوجية وعوامل أخرى على سلوك البحث¹². كما تم قياس التغيرات اليومية في أنشطة البحث عن الذباب في أوقات مختلفة من اليوم (الشكل 1 ب). لاحظنا انخفاضا في نشاط البحث النسبي في الليل مقارنة بمرحلة الضوء في الذباب.
   2. احسب تحمل الجوع الغذائي عن طريق حرمان الذباب البالغ من العمر يومين من الطعام. ضع 15-20 ذبابة في قارورة مع مناديل مبللة في الأسفل. هذا بمثابة الركيزة وضمان وصول الذباب إلى الماء طوال فترة الجوع.
   3. احسب عدد الذباب خلال فترة تجويع الطعام على فترات منتظمة من 1 ساعة. تم استخدام المدة التي نجا فيها 90٪ من الذباب الجائع كفترة مجاعة (الشكل 1 أ). استخدم مكررات متعددة (3-4 لكل سلالة) لتقليل تأثير الاختلافات الفردية وتقديم تقييم أكثر موثوقية لتحمل الجوع.
      ملاحظة: تم تحديد تحمل الجوع الغذائي لكل سلالة من أجل إنشاء حالة جوع موحدة بين السلالات والتجارب المختلفة. من خلال حساب الذباب الباقي على قيد الحياة في هذه الفترات ، يمكن للمرء مراقبة معدل البقاء على قيد الحياة بمرور الوقت وتحديد المدة التي يمكن أن تتحمل فيها كل سلالة الحرمان من الطعام قبل الاستسلام للمجاعة.
3. إجراء لتسجيل السلوك
   1. نقل الذباب الجائع الفردي في أنابيب صغيرة (الشكل 2 أ). افعل ذلك على دفعات من 5-6 ذباب لتقليل وقت العزل. من خلال اختبار الذباب الفردي ، وعزل كل ذبابة ، يمكن أن تعزى أي تغييرات أو إجراءات ملحوظة إلى الذبابة المحددة التي تتم ملاحظتها ، بدلا من التأثر بالتفاعلات مع الذباب الآخر.
   2. استخدم أطباق بتري 90 مم كساحة للمقايسات السلوكية (يمكن استخدام أطباق بتري أكبر. لم يكن هناك فرق في السلوك في أطباق بتري ذات القطر الأكبر). قم بإضاءة الساحة من الأسفل بواسطة لوحة من مصابيح LED البيضاء الباردة المثبتة على السطح (الشكل 2B ، C). للحفاظ على بيئة بصرية موحدة وتقليل الإلهاء الخارجي ، قم بإحاطة الساحة التجريبية بأنبوب كلوريد البولي فينيل الأبيض (ارتفاع 51.5 مم ، قطر داخلي 114 مم).
      ملاحظة: يعمل هذا الأنبوب كحاجز يمنع أي محفزات بصرية من خارج الساحة من التأثير على سلوك الذبابة. من خلال تقليل الانحرافات الخارجية ، يمكن للمرء التركيز فقط على تفاعل الذبابة مع مصدر الغذاء ، والحفاظ على الاتساق طوال التجربة.
   3. استخدم شدة ضوء تبلغ 320 لوكس في وسط الساحة.
   4. ضع محلول سكر 0.2 ميكرولتر في وسط الساحة. تم استخدام محلول السكروز 500 mM في التجارب المبلغ عنها ولكن هذا يمكن أن يتنوع. أدخل الذبابة إلى الساحة باستخدام أنبوب طرد مركزي صغير سعة 2 مل (القطر الداخلي 8.7 مم ، والطول مخفض إلى 5 مم عن طريق حشو القطن في الأسفل ؛ الشكل 2 أ) إسكان ذبابة واحدة مقلوبة فوق قطرة السكر.
   5. بمجرد أن تبدأ الذبابة في تناول القطرة ، قم بإزالة حاوية الذباب ، مما يتيح للذبابة الوصول غير المقيد إلى مصدر الغذاء.
   6. تصوير موقف 2D من الساحة مع كاميرا علوية.
      ملاحظة: تم استخدام Flea3 (عدسة رمادية مدببة، 1214 مم، انظر جدول المواد) في هذه الدراسة وتم تسجيلها بمعدل 40 إطارا في الثانية (fps). ومع ذلك ، يمكن استخدام أي كاميرا توفر تباينا جيدا مع الخلفية. يمكن للمرء أن يسجل في 30-60 إطارا في الثانية ، وهذا يتوقف على طبيعة التجربة. سجل بتنسيق .avi لأنه متوافق مع برنامج التتبع.
   7. سجل المحاكمة حتى الوقت الذي هربت فيه الذبابة من الساحة. كان الذباب يمشي بحرية ولم يكن هناك غطاء على الساحة.
   8. من خلال السماح للذبابة بتحديد متى تتوقف عن البحث أو تطير بعيدا أو تمشي إلى محيط الساحة ، راقب السلوك الطبيعي للذبابة واستراتيجية البحث عن الطعام. امسح أطباق بتري بنسبة 70٪ من الإيثانول بين التجارب وجففها تماما أو استخدم طبق بتري جديدا.
      ملاحظة: من المهم إجراء جميع التجارب بين 2 ساعة و 6 ساعات بعد إضاءة الأضواء عندما يظهر الذباب مستويات نشاط عالية باستمرار. يضمن هذا الإطار الزمني أن الذباب في حالة نشطة ، مما يزيد من فرص مراقبة سلوكه الطبيعي في البحث عن الطعام ويقلل من تأثير العوامل الأخرى التي قد تؤثر على سلوكه ، مثل إيقاعات الساعة البيولوجية. تم وضع الإعداد السلوكي داخل غرفة يتم التحكم في درجة حرارتها ورطوبتها. تم وضع الساحة على طاولة خالية من الاهتزازات. تضمن هذا الإعداد التجريبي عزل واختبار الذباب الفردي لاستجابته للسكر. تم توفير قطرة سكر للذباب الجائع وتم تسجيل سلوكهم بالفيديو (الشكل 2B ، C ، الفيديو 1). أجريت التجارب خلال إطار زمني محدد عندما أظهر الذباب مستويات نشاط عالية ثابتة.
4. تحليل المسارات باتباع الخطوة 2 لتحديد سلوك البحث.

2. تحليل مسارات البحث المحلي

1. تحليل مقاطع الفيديو المسجلة باستخدام برنامج Ctrax¹¹ (انظر جدول المواد).
   ملاحظة: يتتبع البرنامج ويحول موضع الذبابة في الفيديو إلى إحداثيات x و y ، مما يتيح تتبعا وتحليلا دقيقين لتحركاتها. راجع الملف التكميلي 1 للحصول على تفاصيل حول كيفية استخدام Ctrax.
2. قسم المسارات إلى مرحلتين: مرحلة التغذية الأولية ومرحلة البحث. حدد نهاية التغذية وبداية المشي كذباب يتحرك بسرعة >4 مم ^s-1 في ثلاثة إطارات متتالية.
   ملاحظة: بعد انتهاء التغذية ، تم استخدام بقية المسار كاستجابة بحث للذباب. استخدمت هذه الدراسة VirtualDub (انظر جدول المواد) لإزالة مرحلة التغذية من مقاطع الفيديو قبل التتبع.
3. حدد كمية البحث حسب المعلمات التالية:
   1. طول المسار: تمثل هذه المعلمة المسافة التي تقطعها الذبابة من نقطة البداية أثناء البحث عن الطعام (بالملليمتر).
   2. وقت البقاء: الوقت الذي يقضيه الذباب في المشي أثناء البحث (في s). يشير إلى مدة البحث وإصرار الذبابة في البحث عن الطعام.
   3. التعرج: احسب هذا كنسبة بقسمة الخط المباشر (المسافة بين النقطة الأولى والأخيرة من المسار) للمسار على إجمالي طول المسار ، والطرح من 1. تشير القيم العالية للتعرج إلى مزيد من التعرج في المسار.
   4. عدد المرتجعات: استخدم الخوارزمية المطورة لتحديد وحساب عدد المرتجعات باستخدام دائرتين متحدتي المركز.
      ملاحظة: دائرة داخلية تشير إلى أصل البحث ، Rin (2.5 مم) والدائرة الخارجية تشير إلى الحد الأدنى لمسافة Rout (4 مم) التي كان على الذبابة الابتعاد عنها من الأصل. تم تعريف العودة على أنها حركة خارج الدائرة الخارجية (Rout) ثم العودة إلى الدائرة الداخلية (Rin).
   5. معدل النشاط: معبرا عنه كنسبة مئوية ، احسب معدل النشاط عن طريق تحديد الوقت أثناء البحث عن الطعام عندما تتجاوز سرعة مشي الذبابة 2 مم / ثانية. تعكس هذه المعلمة مستوى نشاط الذبابة ومشاركتها في البحث عن الطعام. يميز العلافين النشطين عن الأفراد الأقل نشاطا.
      ملاحظة: تم استخدام MATLAB و Python في الدراسة الحالية لمزيد من التحليل للمسارات. يمكن الوصول إلى البرامج النصية هنا: https://github.com/eagermeagre/sugar_elicited_search. يتضمن إجراء التحليل استخدام برنامج Ctrax لتتبع حركات الذبابة وتحديد معلمات مثل مدة البحث عن الطعام وطول المسار الإجمالي ووقت البحث والتعرج وعدد المرتجعات ومعدل النشاط. توفر هذه المعلمات رؤى قيمة حول سلوك الذبابة وكفاءة البحث عن الطعام أثناء تجارب البحث عن الطعام المسجلة.

النتائج

احتاج الذباب إلى التجويع للفترة المقدرة بتحمل الجوع الغذائي وتم اختبار الاستجابة للسكر بشكل فردي (الشكل 1 أ والشكل 2 أ). تم تسجيل السلوك داخل غرفة يتم التحكم في درجة حرارتها ورطوبتها. تم استخدام 0.2 ميكرولتر من محلول السكروز 500 mM للتجارب المبلغ عنها. تم وضع قطرة السكر في وسط الساحة وتم إدخال الذباب إلى السكر (الشكل 2 ب). تم تسجيل السلوك حتى هرب الذباب من الساحة. تم تحليل مقاطع الفيديو لاستخراج إحداثيات ومسارات الذباب x,y. تم استخدام العديد من المعلمات لتحديد الاستجابة السلوكية: طول المسار ، ووقت البقاء ، والتعرج ، وعدد العوائد ومعدل النشاط.

يؤدي تناول السكر في الذباب الجائع إلى بحث محلي بمسار متعرج وحلقات (الشكل 3 أ ، ج). كعنصر تحكم سلبي ، تم تسجيل الذباب الجائع الذي لم يتم تقديمه مع السكر⁸. هذه الذباب عند إدخالها إلى الساحة وإفراغها ، لم تبدأ عملية بحث وهربت من الساحة (الشكل 3B ، D). يشار إلى هذه المجموعة باسم الذباب غير المغذي. كانت معلمات البحث: طول المسار ووقت البقاء والتعرج وعدد العوائد أقل بكثير في الذباب غير المغذي مقارنة بالذباب الذي تم إعطاؤه قطرة سكر (الشكل 4A-D).

الشكل 1: منحنيات تجويع سلالة النوع البري CS. (أ) منحنى التجويع الذي يوضح معدل البقاء على قيد الحياة لذكور وإناث الذباب CS من النوع البري. (ب) التغيرات اليومية لأنشطة البحث عن الذباب في أوقات مختلفة من اليوم. تمثل أشرطة الخطأ S.E.M. (n = 10). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: الإعداد التجريبي بما في ذلك حساب تحمل الجوع وإجراءات تسجيل السلوك وتحليل المسار. (أ) تم تحديد تحمل الجوع الغذائي لإنشاء حالة جوع موحدة. لتسجيل السلوك ، تم عزل الذباب الفردي في أنابيب صغيرة قبل التجربة. كانت الساحة السلوكية ، وهي طبق بتري 90 مم ، مضاءة بشكل موحد من الأسفل. تم وضع قطرة من محلول السكر في المركز وتم منح الذباب وصولا غير مقيد إلى مصدر الغذاء. (ب) سجل السلوك حتى هرب الذباب من الساحة. استخدم تحليل الفيديو برنامج Ctrax للتتبع و MATLAB / Python لتحليل المسار. (ج) صورة فوتوغرافية للإعداد التجريبي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: ضرورة تناول السكر لبدء البحث المحلي. أ: المسارات الفردية للذباب الذي يتغذى على 500 mM، 0.2 μL محلول سكر. ب: المسارات الفردية للذباب الذي لم يعط سكرا. (ج) تراكب مسارات البحث يطير من المجموعة الضابطة (ن = 11). (د) تراكب مسارات الذباب (ن = 11) التي لم يعط سكرا. يتم تطبيع جميع المسارات إلى نقطة البداية للمشي. هذا الرقم مقتبس من Shakeel and Brockmann⁸. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: الحد من المعلمات السلوكية في الذباب غير المغذي. (أ-د) كان طول المسار ووقت البقاء والتعرج وعدد العوائد أصغر بالنسبة للذباب الجائع الذي لم يعط مكافأة السكر مقارنة بالذباب الضابط الذي تم تحفيزه بالسكر. ** p < 0.001 ، ***p < 0.0001 ، **** p < 0.00001 ، اختبار مجموع رتبة ويلكوكسون. هذا الرقم مقتبس من Shakeel and Brockmann⁸. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

فيديو 1: سلوك البحث عن ذبابة مع مسار المسار في الوقت الفعلي. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الفيديو.

الملف التكميلي 1: إرشادات خطوة بخطوة لتتبع ملف الفيديو باستخدام CTRAX. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

Discussion

تقدم الدراسة الحالية نموذجا مباشرا للتحقيق في سلوك البحث المستحث بالسكر في ذبابة الفاكهة ، والذي وصفه ديتيير² لأول مرة. يسمح هذا السلوك الفطري للذباب بالانخراط في بحث محلي عن موارد غذائية إضافية بعد مواجهة مكافأة غذائية. الجانب الأكثر أهمية في البروتوكول التجريبي ينطوي على تحفيز الذباب بشكل مناسب. أولا ، يجب أن يكون الذباب في حالة جوع ، بعد أن حرم من الطعام بينما لا يزال لديه إمكانية الوصول إلى الماء ، لضمان تناول السكر. من أجل الحصول على حالة الجوع الموحدة عبر التجارب التجريبية ، تم استخدام المدة التي يعيش فيها 90٪ من السكان كفترة جوع. بشكل حاسم ، يتطلب تحريض استجابة البحث بعد التغذية توفير حافز غذائي ذي جودة كافية ولكنه ليس كافيا لإشباع الذباب بالكامل. لذلك ، قد يكون توحيد تركيز وكمية السكر ومدة الجوع مضيعة للوقت ولكنه ضروري لسلوك قوي وموثوق.

في هذه الدراسة ، تم استخدام محلول سكروز 500 mM ، 0.2 μL كحافز للذباب الجائع. يثير تناول السكر سلوك بحث محلي مميز يتميز بزيادة سلوك الدوران والعوائد المتكررة إلى موقع انخفاض السكر (الفيديو 1). على العكس من ذلك ، فإن الذباب الجائع الذي لا يتم تزويده بأي سكر يفشل في إظهار استجابة البحث. والجدير بالذكر أن جميع المعلمات المتعلقة بالسلوك بما في ذلك طول المسار ووقت البقاء والتعرج وعدد العوائد كانت أقل بكثير في الذباب غير المغذي. لقد أثبتنا سابقا أن ابتلاع الماء وحده لا يثير استجابة بحث⁹.

يوفر هذا الإعداد نهجا فعالا من حيث التكلفة ومنخفض الصيانة لدراسة هذا السلوك الفطري. بينما يتم استخدام ساحة الإضاءة الخلفية في هذه الدراسة ، يمكن أيضا استخدام الإضاءة العلوية طالما أن هناك تباينا كافيا بين الذبابة والخلفية. يعتمد برنامج التتبع المستخدم على اكتشاف حركة الذباب على خلفية ثابتة¹³. يمكن ضبط إعدادات الكاميرا والدقة بناء على مقياس السلوك المحدد قيد التحقيق. الأهم من ذلك ، أن هذه المنهجية تمكن من دراسة المكونات المختلفة لسلوك البحث عن الطعام ، بما في ذلك الاهتمام الحسي أثناء البحث عن الطعام ، والمشاركة الغذائية والتغذية ، والتحكم الحركي في البحث ، وعمليات صنع القرار المرتبطة بالاستغلال والاستكشاف ، من بين أمور أخرى. علاوة على ذلك ، يسهل هذا النموذج التحقيق في البحث المحلي ، وهو سلوك يتم ملاحظته بشكل شائع عبر الأصناف المتنوعة في سياقات بيئية مختلفة⁶. دراسة هذا السلوك في ذبابة الفاكهة ، يفتح سبلا للبحث العلمي الذي يهدف إلى فهم المسارات العصبية التي ينطوي عليها البحث عن الطعام. لقد درسنا البحث المحلي في نحل العسل وأظهرنا أن السلوك يشبه الذباب ^7,8.

أظهرت الدراسات الحديثة أن سلوك البحث المحلي يمكن أن يحدث عن طريق التنشيط البصري الجيني لمختلف الخلايا العصبية الحسية للسكر في الذباب^14،15،16. ومع ذلك ، لا يزال من غير الواضح إلى أي مدى تمثل عمليات البحث المحلية التي لوحظت في هذه الدراسات بدقة السلوك الطبيعي للذباب استجابة لتناول السكر الفعلي. يتم تنظيم سلوك التغذية بإحكام في الذباب ، وتشير هذه النتائج إلى أن تنشيط مستقبلات السكر البلعومية يبدأ سلوك البحث. حس طعم الرصغ مسؤول عن اكتشاف السكر وتحفيز منعكس تمديد خرطوم ، بينما تحدد الخلايا العصبية لطعم البلعوم ما إذا كان يجب أن تستمر التغذية^17,18. بمجرد تناوله ، ينتقل محلول السكر عبر المريء إلى البروفنتريكولوس ويدخل المحصول ، مع مراقبة توسعه بواسطة عصب متكرر¹⁹. بالإضافة إلى ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن بعض الدراسات المذكورة أعلاه تضمنت تسخير أو حبس الذباب ، في حين أن هذه الطريقة تسمح للحيوانات بالمشي بحرية طوال التجربة. كان الذباب في تجاربنا متحمسا بما فيه الكفاية للبقاء والبحث داخل الساحة دون فرض غطاء.

إن فهم التفاعل المعقد بين المسارات العصبية والعوامل الوراثية والإشارات البيئية التي تحكم سلوك البحث في الذباب يمكن أن يلقي الضوء على المبادئ الأساسية لمعالجة المعلومات والتعلم وتكوين الذاكرة. علاوة على ذلك ، فإن عدم تنظيم سلوك البحث عن الطعام متورط في العديد من الاضطرابات البشرية ، بما في ذلك اضطرابات الأكل والسمنة. توفر المجموعة الواسعة من الأدوات الوراثية العصبية المتوفرة في ذبابة الفاكهة موردا قيما للتحقيق في سلوك البحث المستحث بالسكر وكشف الآليات العصبية والجينية الكامنة وراء البحث عن الطعام. بالاقتران مع التلاعب البصري والتصوير الوظيفي ، يقدم هذا النموذج نهجا قويا وواعدا^20،21،22. ومع ذلك ، قد يكون تعديل الإعداد للتلاعب في الوقت الفعلي للنشاط العصبي باستخدام علم البصريات الوراثي أمرا صعبا. لمراقبة النشاط العصبي في الدماغ أثناء قيام الذبابة بسلوك البحث ، ستكون هناك حاجة إلى إعداد مختلف مثل الذبابة المربوطة على كرة مداس. يتم الحفاظ على العديد من جوانب سلوك البحث عن الطعام ، مثل تنظيم التغذية وعمليات صنع القرار ، بشكل كبير عبر الأنواع. لذلك ، يمكن أن توفر الأفكار المكتسبة من دراسة الآليات العصبية للبحث عن الطعام في الذباب رؤى قيمة حول عمليات مماثلة في الكائنات الحية الأخرى ، بما في ذلك البشر.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
2 mL Eppendorf tube	Sigma Aldrich	BR780546	Used to introduce the fly to the sugar drop
Agar	SRL	9002-18-0
Azure lens	https://www.rmaelectronics.com/azure-photonics-azure-1214mm/
Camera	Logicool, Japan
Corn flour	locally available
Ctrax software	https://ctrax.sourceforge.net/
D-glucose	SRL	50-99-7
Flea3	Sony		https://www.flir.com/products/flea3-usb3/?vertical=machine+vision&segment=iis
glass tube	Borosil		Used to house the flies individually
Kimwipe	Kimberly-Clark	34155	Used to provide access to water for flies during food starvation
LED light panel			custom-made in the workshop
Light Meter	TENMARS	TM-203
Methyl 4-hydroxybenzoate	Fisher Scientific	99-76-3
Orthophosphotic acid	SRL	7664-38-2
Petri dish (90 mm)	Tarsons	460090
Propionic acid	SRL	79-09-4
Sucrose	Qualigens	Q28105
Sugar	locally available
VirtualDub	https://www.virtualdub.org/
White polyvinyl chloride pipe (67 mm inner diameter × 100 mm height)			custom-made in the workshop
Yeast powder	SRL	REF-34266