Jeżeli dwie małe myszki spotkają się zaraz po tym, jak jedna z nich coś zjadła, dzieje się coś interesującego: myszka z pustym brzuszkiem wybierze później jedzonko, które jej kumpel wcześniej schrupał, przedkładając je nad inne frykasy.

Przez całe dziesięciolecia naukowcy strasznie głowili się nad pochodzeniem tego zachowania, które nazwali społecznie uwarunkowanym przekazem preferencji żywieniowych (socially transmitted food preference, STFP). Utrzymywano, że jest to rodzaj zakładu, w którym obstawia się przeciw ryzyku zjedzenia czegoś, co mogłoby by się okazać szkodliwe bądź trujące. Pomaga to gryzoniom zmniejszyć niebezpieczeństwo spożycia niezdrowego jedzenia, poprzez oparcie własnych upodobań na pomyślnych doświadczeniach swoich kamratów.

We wcześniej prowadzonych badaniach, naukowcy zakładali, że to zapach dwusiarczku węgla (produktu ubocznego przemian metabolicznych), obecnego w powietrzu wydychanym przez łasucha, występował w roli chemicznej wskazówki społecznej. Obecność tej substancji, w połączeniu z zapaszkiem kawałków jedzenia na futerku i włoskach była wystarczającym sygnałem, by  uruchomić u głodnej myszki reakcję: "bez gadania, muszę dostać to samo, co ona!",  ale pomimo wielu lat prowadzenia licznych eksperymentów, nikt nie był w stanie wyjaśnić na molekularnym poziomie, jak dwusiarczek węgla łączył z zapachem jedzenia, by utworzyć w mózgu sygnał: "to można jeść".

Dopiero w artykule opublikowanym niedawno online w Current Biology przedstawione zostały wyniki badań, które wykazały, że to zachowanie jest skutkiem działania specyficznego podsystemu wyspecjalizowanych receptorów nerwowych w mysim nosie i obwodów neuronalnych w mózgu, których działanie polega na tym, by kojarzyć zapach z jedzeniem, którego spożycie jest bezpieczne.

Badania zostały sfinansowane przez amerykański Instytut Głuchoty i Innych Zaburzeń Porozumiewania się (NIDCD), a zostały przeprowadzone przez dr Stevena Mungera z University of Maryland School of Medicine w Baltimore w stanie Maryland oraz międzynarodowy zespół naukowców.

"Naukowcy odchodzą od patrzenia na system węchowy jak na pojedynczy blok, ale zaczynają w nim dostrzegać cały zbiór podsystemów, kilku z nich dobrze znanych i kilku dopiero niedawno opisanych" - mówi dr Munger. Każdy z tych podsystemów różni się pod względem lokalizacji neuronów czuciowych w jamie nosowej, rodzaju receptorów i wykorzystywanych mechanizmów sygnałowych, rejonu opuszki węchowej, do którego przekazywane są sygnały, i ostatecznego celu tych sygnałów w węchowej korze mózgowej. To pomaga wyjaśnić, dlaczego rola węchu jest tak ważna u ssaków. Oprócz pomagania zwierzęciu w zidentyfikowaniu jedzenia i ocenie jego jakości, pojedyncze pociągnięcie nosem daje informację na temat rozrodczej gotowości innego osobnika lub ostrzega o pobliskim drapieżniku, potencjalnej truciźnie, a nawet obecności choroby. Znaczna część węchowej komunikacji u ssaków przebiega z wykorzystaniem chemicznych wskazówek o znaczeniu społecznym, takich jak feromony, które wywołują zmiany behawioralne lub hormonalne u węszącego zwierzęcia.

Munger i jego koledzy brali pod uwagę najbardziej prawdopodobne miejsce, w którym należało ich zdaniem poszukiwać połączeń umożliwiających STFP. Skoncentrowali się na niewielkiej rodzinie receptorów węchowych - neuronach GC-D+. Receptory te wysyłają sygnały do specjalnych skupień neuronów nazywanych kłębuszkami "naszyjnika", okrążającymi tylny koniec opuszki węchowej jak sznur koralików. Kłębuszki są ważnymi przystankami w drodze z nosa do mózgu. To tu informacja z receptorów węchowych jest wstępnie przetwarzana do postaci sygnałów, które podróżują dalej do kory węchowej.

Według Mungera, kłębuszki "naszyjnika" mają odmienne połączenia niż inne kłębuszki występujące w systemie węchowym. W przeciwieństwie do większości kłębuszków, które zwykle są pobudzane przez sygnały pochodzące od jednego typu receptora węchowego, kłębuszki "naszyjnika" otrzymują na wejściu sygnały od kilku różnych receptorów, jak również od innych kłębuszków w opuszce węchowej. Ponieważ wydawały się nastawione na integrację wielu wejść sensorycznych, przypuszczano, że mogą być miejscem, gdzie substancje chemiczne pełniące rolę wskazówek społecznych i ogólne zapachy, takie jak zapach jedzenia, są razem przetwarzane. Znane są już inne substancje, które są zdolne wzbudzić neurony GC-D+, w tym substancje chemiczne wchodzące w skład moczu (mocz jest bardzo ważnym źródłem sygnałów społecznych u myszy) i dwutlenek węgla, bliski powinowaty dwusiarczku węgla.

Aby sprawdzić swoją teorię, Munger i jego współpracownicy wystawiali neurony GC-D+ na działania dwusiarczku węgla, by przekonać się, jak zareagują na tę substancję chemiczną. W tym celu wykorzystali myszy zmodyfikowane genetycznie w taki sposób, by "wyłączyć" u nich trzy białka, których obecność w neuronach GC-D+ jest niezbędna do wykrywania sygnałów węchowych. Zaobserwowano wówczas, że węchowa odpowiedź na dwusiarczek węgla drastycznie się zmniejszyła. W dodatku tak zmodyfikowane genetycznie myszy nie wykazywały żadnych preferencji zapachu jedzenia, konkretnie cynamonu, na który zostały wcześniej wystawione za pośrednictwem innych myszy równocześnie z dwusiarczkiem węgla. Normalne myszy nadal wolały pachnące cynamonem jedzenie niż jakiekolwiek inne, jeżeli wcześniej miały okazję wyczuć zapach cynamonu u swoich kumpli.

"Jest to wykrywanie bodźca za pomocą wyspecjalizowanego układu"  - twierdzi dr Munger. "Właśnie za to są odpowiedzialne neurony GC-D+ i kłębuszki "naszyjnika", dzięki połączeniom z węchomózgowiem". To bezpośrednie połączenie ma zasadnicze znaczenie dla przeżycia gryzoni na wolności, gdy muszą one szybko decydować, czy dostępne jedzenie jest bezpieczne czy nie.

U większości ssaków z rzędu naczelnych, w tym u ludzi, główny gen odpowiedzialny za wykrywanie dwusiarczku węgla nie pełni już swojej pierwotnej funkcji.  Ponieważ ludzie używają słownych, a także wizualnych sygnałów związanych z pożywieniem, podczas gdy myszy, bytujące głównie po ciemku, mają do dyspozycji tylko własne nosy, wyrośliśmy z potrzeby posiadania takiego wyspecjalizowanego układu. Mimo to wyniki badań mogą stanowić wskazówkę, w jaki sposób uczymy się kojarzyć zachowanie z zapachem.

"Możemy nadal posługiwać się czymś podobnym"  - utrzymuje dr Munger. "Sam zapach może wywoływać skojarzenia emocjonalne z jedzeniem. Czujesz zapach piekących się się ciasteczek, a twój żołądek wtedy burczy - to właśnie sprzężenie wykrywania jedzenia z systemami pamięci i doznaniami trzewnymi. To ciągle u nas działa."

[Tłumaczenie: C. O. Reless]

Źródła:
"I'll Have What She's Having!"
An olfactory subsystem that detects carbon disulfide and mediates food-related social learning