doi.org/10.1038/s41586-024-07389-x
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#Músculos
Estudos sobre moscas-das-frutas estão lançando luz sobre a complexa coordenação neural dos movimentos, melhorando nossa compreensão da funcionalidade dos neurônios motores
Os cientistas estão desenvolvendo um diagrama elétrico dos circuitos motores do sistema nervoso central das moscas da fruta que controlam seus músculos.
Este diagrama, denominado conectoma, já forneceu informações sobre a complexa coordenação entre os nervos que controlam os movimentos das pernas e das asas.
Complexidade em criaturas simples Embora as moscas da fruta pareçam criaturas simples, os pesquisadores disseram que seu sistema motor contém um nível inesperado de complexidade.
– Um neurônio motor típico de uma mosca recebe milhares de sinapses de centenas de neurônios pré-motores pré-sinápticos, – observaram os cientistas.
Este número está no mesmo nível da escala de integração sináptica nas células piramidais do córtex de roedores.- []
Novos estudos sobre coordenação motora Dois novos artigos publicados na revista científica Nature revelaram as últimas descobertas nesta área, avançando nossa compreensão de como o sistema nervoso central dos animais coordena os músculos individuais para facilitar uma variedade de comportamentos.
Animação da reconstrução anatômica de diversas estruturas do sistema nervoso envolvidas na decolagem e no voo de uma mosca-das-frutas fêmea.
Eficiência e adaptabilidade dos neurônios motores As moscas-das-frutas usam suas pernas para inúmeras atividades, como pular, caminhar, escovar-se, lutar e cortejar.
Eles também podem adaptar sua marcha para navegar em terrenos como plantas domésticas, paredes, superfícies úmidas, tetos – e até mesmo esteiras com escamas de insetos.
Todos esses movimentos, desde os reflexos posturais que permitem à mosca manter a sua posição estável, até à travessia de obstáculos ou à mudança de direção do voo, originam-se através de sinais elétricos dos neurónios motores.
Esses sinais são conduzidos através de projeções semelhantes a fios do neurônio motor para estimular os músculos.
As seis patas de uma mosca são controladas por apenas 60 a 70 neurônios motores, apontaram os pesquisadores.
Em um gato, observaram eles, cerca de 600 neurônios motores suprem um único músculo felino da panturrilha.
Apenas 29 neurônios motores governam os músculos de força e direção da asa de uma mosca-das-frutas.
Em comparação, o músculo peitoral de um beija-flor é suprido por 2.000 neurônios motores.
Embora os neurônios motores da mosca sejam poucos, ela realiza feitos aéreos e terrestres notáveis.
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Lógica de fiação de circuitos pré-motores Os cientistas explicaram que as unidades motoras são compostas por um único neurônio motor e pelas fibras musculares que ele pode excitar.
Várias unidades motoras, ativadas em diferentes combinações e sequências, colaboram para alcançar uma infinidade de comportamentos de movimento.
Os cientistas dos dois estudos estavam interessados na lógica da fiação dos circuitos pré-motores.
Eles queriam entender como o sistema nervoso de uma mosca coordena unidades motoras para realizar tarefas variadas.
Mapeamento detalhado e arquitetura sináptica Um dos estudos empregou ferramentas automatizadas, machine learning, anotação de tipo de célula e microscopia eletrônica para identificar 14.600 corpos celulares neuronais e cerca de 45 milhões de sinapses (junções de transmissão de sinal) no cordão nervoso ventral de uma fruta feminina voar.
A medula nervosa ventral nas moscas é análoga à medula espinhal nos vertebrados.
Posteriormente, os cientistas aplicaram o deep learning para reconstruir automaticamente a anatomia dos neurônios e suas conexões em toda a mosca fêmea.
Neurônios motores e ativação muscular durante o vôo Os pesquisadores usaram métodos sofisticados para mapear os músculos direcionados aos neurônios motores das pernas e das asas.
Eles determinaram quais neurônios motores no conectoma do cordão nervoso feminino adulto se conectam aos músculos individuais da perna dianteira e da asa.
A partir daí, eles criaram um atlas dos circuitos que coordenam os movimentos das pernas e das asas da mosca durante a decolagem e o início do motor de voo.
Para subir no ar, as patas médias da mosca se estendem para pular e as patas dianteiras flexionam para a partida.
Isso é mais ou menos como um avião taxiando retraindo as rodas depois de sair do solo ou uma garça vadeando dobrando as pernas finas para mantê-las fora do caminho enquanto corre para o céu.
Os cientistas também descobriram que algumas fibras musculares em moscas adultas são inervadas por vários neurônios motores.
Isso também ocorre na fase larval da mosca da fruta e dos gafanhotos.
Embora alguns mamíferos tenham múltiplas inervações de fibras nervosas quando recém-nascidos, estas geralmente desaparecem na idade adulta.
Múltiplas inervações podem oferecer mais flexibilidade e explicar por que os membros de um inseto podem operar com precisão apesar de terem tão poucos neurônios motores.
Insights funcionais e evolutivos da Fly Connectomics Os cientistas também examinaram o sistema motor da asa da mosca, que tem aproximadamente três seções agrupadas por função: alimentar o bater das asas, guiar o inseto e ajustar o movimento das asas.
A investigação da conectividade dos neurônios pré-motores permitiu aos pesquisadores comparar a organização dos circuitos pré-motores de dois tipos de membros.
A perna e a asa nas moscas da fruta têm evolução e biomecânica distintas.
Implicações e direções futuras da pesquisa do conectoma Os conectomas estão permitindo aos cientistas produzir novas teorias sobre como funcionam os circuitos neurais e desmascarar algumas noções falsas.
Os cientistas mencionaram que o recente esforço comunitário para desenvolver o conectoma da mosca da fruta levou a um dos primeiros diagramas de fiação em nível de sinapse para qualquer animal com membros.
Eles esperam que conectomas adicionais permitam aos pesquisadores comparar a fiação neural entre os indivíduos.
A reconstrução antecipada do cordão nervoso central de uma mosca da fruta macho pode esclarecer as diferenças entre os sexos.
Publicado em 10/07/2024 01h56
Artigo original:
- https://scitechdaily.com/detailed-wiring-diagram-of-fruit-fly-muscles-reveals-unexpected-complexity/
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