Люди сжигают ископаемое топливо, но они также добывают и производят. Это то, кем мы являемся: Homo fabricus: человек-создатель. И в качестве побочного эффекта нашей изобретательности и мастерства мы взяли много металлов, которые изначально были безопасно захоронены в недрах Земли, и разбросали их по поверхности.
Это имеет значение?
Иегуда Бен-Шахар и Эйрик Совик, биологи Вашингтонского университета в Санкт-Петербурге. Луи вместе с коллегами из лаборатории Эндрю Бэррона в Университете Маккуори в Австралии опубликовали исследование медоносных пчел в онлайн-выпуске Biology Letters 24 марта, в котором предлагается ответить на этот вопрос слишком бойко.
Ученые изучили влияние низкого уровня марганца, распространенного промышленного загрязнителя, на поведение медоносных пчел. На уровнях, считающихся безопасными для человеческой пищи, металл, казалось, раздражал пчел: они продвигались через возрастные рабочие задания быстрее, чем обычно, но совершали меньше поездок за едой, чем их сестры, которые не подвергались воздействию марганца.
«Мы давно знаем, что высокие дозы марганца убивают нейроны, вырабатывающие дофамин, вызывая у людей болезнь, похожую на болезнь Паркинсона», — сказал Бен-Шахар. «У насекомых также высокий уровень марганца убивает дофаминергические нейроны, снижая уровень дофамина в головном мозге.
"Но в этом исследовании мы смотрели на низкоуровневую экспозицию, и мы увидели противоположный эффект. Вместо того, чтобы снижать уровень дофамина, марганец увеличивал его. Повышение уровня дофамина и связанных с ним нейротрансмиттеров, вероятно, объясняет некоторые аномалии в поведении », — сказал Бен-Шахар.
Парадоксально, но незначительное количество марганца необходимо для жизни. Все живые организмы полагаются на химические свойства этого металла, чтобы управлять реакциями в клетках и уничтожать токсичные побочные продукты клеточной жизни в присутствии кислорода.
«Мы развивались в среде, где было мало марганца, и поэтому мы разработали способы закачивать его в наши клетки», — сказал Бен-Шахар. «Но теперь уровни окружающей среды сильно отличаются от тех, к которым мы адаптировались, и мы действительно не знаем, что это означает для здоровья человека."
«Когда мы пытаемся понять патологии, мы часто смотрим на крайности», — добавил он. "Мы склонны игнорировать больше модулирующих изменений, подобных этому, и предполагаем, что нам не нужно о них беспокоиться. Но это может быть ошибкой.
Пчелы, которые пылесосят все в окружающей среде, могут служить ранним индикатором наличия токсина в окружающей среде."
Ген по имени Мальволио
Бен-Шахар не собирался открывать влияние марганца на поведение пчел. Вместо этого он пытался изучить связь между реакцией на сахар и цепью вознаграждения в мозгу. Когда медоносная пчела обнаруживает сахар, она рефлекторно расширяет свой хоботок — стереотипное поведение, которым можно экспериментально манипулировать и количественно оценить.
Чем старше пчела, тем она более восприимчива к сахару. В пчелиных семьях задачи распределяются по возрасту. В течение первых двух-трех недель взрослой жизни пчелы обычно заботятся о выводке в улье. Затем они переходят на поиск пищи вне улья до конца своей 5-7-недельной жизни.
В 1995 году ученые, проводившие скрининг генов, влияющих на сахарный ответ у плодовых мушек, обнаружили ген, который его снижает. Они назвали его Мальволио в честь кислого персонажа из «Двенадцатой ночи» Шекспира, которого обвиняют в том, что он хочет объявить вне закона торты и эль.
Позже было показано, что Мальволио кодирует белок, который перекачивает марганец через клеточные мембраны, сказал Бен-Шахар. В 2004 году он опубликовал результаты, которые показали, что возрастные изменения у медоносных пчел связаны с повышенной экспрессией гена Malvolio и более высокими уровнями марганца в клетках мозга.
Бен-Шахар задался вопросом, почему марганец изменил пищевое поведение. В высоких дозах он влияет на дофаминергический путь в головном мозге, связанный с моторным контролем. Вот почему отравление марганцем вызывает симптомы, похожие на симптомы болезни Паркинсона, такие как тремор и ригидность у людей.
Но другой дофаминергический путь усиливает такое поведение, как еда или секс. «Что, если низкие уровни марганца регулируют кормление по этому пути?» — подумал он. Возможно, марганец предложил ручку, инструмент, чтобы управлять схемой вознаграждения и лучше понимать, как она работает.
Делая жизнь полезной
Чтобы установить связь между диетой и поведением, ему нужно было уметь определять крошечные количества нейромедиаторов (химических веществ, передающих сигналы между нейронами) в мозге пчел. Он связался с соавтором Эндрю Бэрроном из Университета Маккуори. Эйрик Совик, первый автор статьи, тогда был докторантом в лаборатории Бэррона, а сейчас является научным сотрудником постдокторантуры в лаборатории Бен-Шахара.
Две лаборатории сотрудничали, чтобы изучить уровни этих молекул в мозге плодовых мух и медоносных пчел, которых кормили разными уровнями марганца.
Они также отслеживали пчел, прикрепляя к ним радиочастотные метки, когда им был один день (они были «все еще мягкими, пушистыми и не могли вас ужалить», — сказал Совик).
Как у медоносных пчел, так и у плодовых мух воздействие марганца на уровнях, которые считаются безопасными для человека, увеличивает в мозгу уровни дофамина и октопамина (нейромедиатора, важного для насекомых). При более высокой экспозиции это также изменило поведение пчел, которые стали собирать корм раньше, чем обычно, но совершали относительно мало походов за кормом, возможно, из-за того, что они заблудились или устали.
«Марганец не является опасным веществом номер один для окружающей среды», — сказал Бен-Шахар. "Мы также не знаем, влияет ли он на наш мозг так же, как и на мозг насекомых. Никто не проводил исследований. Но даже если это не влияет на нас, это явно влияет на пчел, и мы зависим от пчел в получении большинства фруктов и овощей в нашем рационе."
