Hyönteisen aivot on kartoitettu ennätyksellisen tarkasti
Yli 12 vuotta kestäneen vaativan tutkimushankkeen ansiosta tutkijoilla on nyt käytössään erittäin tarkka hyönteisen aivokartta.
Kaikkien banaanikärpäsen toukan aivosolujen kuvaamiseen kului noin päivä.
Yleensä enintään 4–5 millimetriä pitkiksi kasvavilla banaanikärpäsillä on unikonsiementä pienemmät aivot.
Pienuudestaan huolimatta banaanikärpäset ja niiden toukat ovat suosittuja laboratorioeläimiä – eivätkä vähiten siksi, että niillä on kompaktit, monimutkaiset aivot ja muitakin yhtäläisyyksiä ihmisen kanssa.
Tutkijoilla on nyt käytössään hämmästyttävän täydellinen aivomalli sen ansiosta, että brittiläis-yhdysvaltalais-saksalainen tutkimusryhmä sai hiljattain banaanikärpäsen aivosolujen kartoituksen päätökseen.
Banaanikärpäsen toukan aivokartta koostuu 3 016 hermosolusta ja 548 000 hermoliitoksesta, joita kutsutaan myös synapseiksi.
Eläinaivojen kartoitushankkeita aloitettiin jo 1970-luvulla. Esimerkiksi sukkulamadon keskushermosto kartoitettiin osittain 14 vuodessa – ja tämä suururakka arvioitiin Nobel-palkinnon arvoiseksi.
Osakartoitusten kohteena ovat sittemmin olleet muun muassa kärpänen, hiiri – ja ihminen. Vajavaiset aivomallit ovat kuitenkin antaneet vain kalpean kuvan todellisuudesta.
Tätä ennen vain meritupen toukan ja kahden eri madon aivot oli kartoitettu täydellisesti. Kaikissa kolmessa tapauksessa kartoitettavia hermosoluja oli vain muutamia satoja.
Banaanikärpäsen aivojen kartoitukseen kannusti yhdysvaltalaisen Johns Hopkinsin yliopiston tutkijoita paitsi niiden monimutkaisuus myös kompakti koko. Lisäksi banaanikärpäsen tiedetään kykenevän esimerkiksi arvioimaan hyötyjä ja haittoja eli tekemään riskianalyysejä.
Näin banaanikärpänen aikuistuu
Naaras laskee jopa 400 munaa pieninä rykelminä esimerkiksi pilaantuneeseen hedelmään.
Munasta kuoriutuu toukka jo noin 15–24 tunnin kuluttua.
Toukka alkaa kasvaa ja luo nahkansa kaksi kertaa seuraavien kahden päivän aikana.
Kolmannen vaiheen toukka lihottaa itseään kaksi kolme päivää.
Toukka koteloituu, käy läpi 3,5–4,5 päivää kestävän muodonvaihdoksen ja kuoriutuu aikuisena.
Noin kymmenen päivän kuluttua kuoriutumisesta banaanikärpänen on valmis jatkamaan sukua.
Kartoitus paljasti eri aivosolut ja niiden väliset yhteydet ja valotti aivopuoliskojen työnjakoa. Tehtävä oli kuitenkin lievästi sanoen vaikea.
Yli kymmenen vuotta kestäneessä tutkimushankkeessa banaanikärpäsen toukan aivot leikattiin yli tuhanneksi viipaleeksi. Jokainen viipale kuvattiin elektronimikroskoopin avulla, ja kuvasarjasta koottiin kolmiulotteinen aivomalli tavallaan hermosolu hermosolulta.
Kartoitusta varten aivot piti viipaloida. Jokainen viipale kuvattiin elektronimikroskoopin avulla.
Aivomalli koostettiin kuvasarjasta käytännössä hermosolu hermosolulta. Näin saatiin aikaan tarkka kolmiulotteinen esitys banaanikärpäsen aivoista. Kyseessä oli yli vuosikymmenen pituinen suururakka.
Hiirellä on suunnilleen miljoona kertaa niin isot aivot kuin banaanikärpäsellä. Kokoero selittää, miksi ihmisaivoja enemmän muistuttavien eläinaivojen kartoitukseen ei ole rynnätty. Ehkä siihen ei ryhdytä meidän elinaikanamme.
Hyönteisen aivojen kartoitus on kuitenkin tieteellinen merkkitapaus. Kun tiedetään enemmän hermosolujen viestinnästä ja viestien muuttumista eri toiminnoiksi, voidaan tarkentaa kuvaa esimerkiksi siitä, kuinka esimerkiksi Alzheimerin ja Parkinsonin taudit vaikuttavat tiedonsiirtoyhteyksiin.
"Nyt meillä on vertailuaivot", toteaa tutkimushankkeeseen osallistunut Marta Zlatic Cambridgen yliopistosta Naturen verkkouutisessa.