Får ferten av partner på én kilometers avstand
I en liten del av hjernen til nattsvermeren har forskere funnet data som gir ny kunnskap om luktesansen vår.
Selv om hjernen til en nattsvermer er mindre enn et knappenålshode, vet vi mye om nerveaktiviteten der. Ett av områdene som er mye studert, er hjernens primære luktsenter: antenneloben.
Nå har NTNU-forskere funnet detaljerte data i et høyereliggende og relativt ubeskrevet luktsenter i nattsvermerhjernen som vi vet kommuniserer nærmere med det motoriske systemet. Funnene gir oss ny kunnskap om det gåtefulle som skjer i hjernen vår når vi lukter.
Duftsignaler med spesifikke adresser
De hvite områdene helt nederst er hann-nattsvermers primære luktsenter. De hvite strukturene helt øverst i bildet er viktig for læring og hukommelse. Hvis insektet finner næringsrik mat, etableres luktminner slik at det senere kan finne fram til maten. (Illustrasjon: NTNU)
En hann-nattsvermer av arten Heliothis virescens kan lukte en hunn av samme art på en kilometers avstand. Hannen klarer også å registrere duft fra en hunn av en annen art, pluss diverse plantedufter. Nattsvermeren har utviklet et luktesystem som registrerer dufter som er biologisk viktige for dem.
I antenneloben finner vi et nettverk av nevroner som danner kuleformede strukturer kalt glomeruli – som er latin for nøste. Dette nervenettverket er slående likt det vi finner i vår egen luktelapp, altså det primære luktsenteret i menneskehjernen.
Vi vet at hvert enkelt duftsignal som hann-nattsvermeren registrerer, blir gjenkjent av spesifikke sensoriske luktnevroner på insektets luktorgan: antennene.
De sensoriske luktenevronene er små nerveceller som via nervefibre danner en direkte forbindelse mellom hjernens luktsenter og verden utenfor. Duftsignalene blir båret inn til antenneloben, der sensoriske luktenevroner som gjenkjenner samme duftsubstanser, blir behandlet i hvert sitt spesifikke glomerulus som ikke overlapper hverandre.
Duftsignalenes betydning for adferd
NTNU-forskerne har studert hvordan duftinformasjonen blir behandlet i det neste området av insektets luktebane: det laterale horn.
Professor Bente G. Berg. (Foto: Therese Lee Støver/NTNU)
– I dette høyereliggende senteret er organiseringen ganske annerledes. Her blir de ulike duftene behandlet i relativt vide områder som i høy grad overlapper – men nervenettverket her er ordnet etter den adferden som de ulike luktene trigger hos insektet, forklarer professor Bente G. Berg ved Psykologisk institutt ved NTNU.
Duftstoffene som nattsvermerhunnen frigir, kalles feromoner. En hann-nattsvermer som lukter en hunn av samme art, begynner straks å fly i sikk-sakk mot vindretningen. Feromonene fra hunnen bæres av vinden, og han må derfor fly mot vinden for å finne luktkilden.
Lukter han en hunn av en annen art, endrer han derimot kurs og flyr bort fra hunnen. Denne adferdsresponsen hjelper hannen med å finne en make han kan pare seg med, og luktesystemet bidrar dermed til å sikre artens overlevelse.
– Den nye studien viser at feromonsignaler fra en hunn av samme art og feromonsignaler fra en hunn av en annen art, som altså utløser ulik adferd, behandles i spesifikke områder i det laterale horn. Videre går informasjon om plantedufter til et tredje område.
– Vi har visst at plantedufter og feromonsignaler går til ulike områder, men at to typer feromonsignaler, som hvert er koblet til ulik adferd, går til ulike områder, er nytt for oss, opplyser Berg.
- Les også: I hodet på en svermer
Artikkelen fortsetter under bildet
Nevronene til hann-nattsvermeren er illustrert gjennom tre ulike farger. Nevronene markert med grønn og turkis reagerer på to forskjellige substanser som blir frigitt av hunnen for å tiltrekke seg hannen. Nevronet som er farget svart bærer informasjon om en substans frigitt av en hunn av en annen art, altså en mulig feilkilde. Denne substansen gjør at hann-nattsvermeren flykter fra luktkilden. (Illustrasjon: NTNU)
Nattsvermer vs. menneske
Nå lurer du kanskje på hvordan de ferske dataene fra den lille nattsvermerhjernen kan hjelpe oss til en større forståelse av vår egen luktesans. Vi mennesker klarer jo å overstyre instinktene våre, og bestemte lukter utløser ikke automatisk bestemte handlinger – slik tilfellet er for hann-nattsvermeren. Det laterale horn finnes heller ikke i menneskehjernen.
Likevel har hjernen din flere likheter med nattsvermerens hjerne enn du kanskje har trodd.
– Vi har også en luktelapp som består av ikke-overlappende glomeruli, slik som antenneloben hos insektet. Vi har dessuten høyereliggende områder som viser slående likheter med tilsvarende nivå i insektets system. Data fra amygdala, et område av luktebanen til pattedyr, ligner på dataene vi har funnet i nattsvermerens laterale horn.
– Hos oss mennesker blir også duftsignaler behandlet i egne og delvis overlappende områder i amygdala. I likhet med det laterale horn, mottar amygdala nerveimpulser direkte fra det primære luktsenter, forklarer Berg, som også legger til at vår duftopplevelse ofte framkaller sterkt behag eller ubehag – og at dette har sammenheng med aktivisering av amygdala.
– Denne hjernestrukturen spiller en viktig rolle for våre emosjonelle reaksjoner, opplyser hun.
Artikkelen fortsetter under bildet
Disse to bildene viser menneskehjernen. Området som kalles amygdala er markert med sirkel og pil. Data fra amygdala ligner på data som NTNU-forskerne har funnet i nattsvermerens laterale horn. (Illustrasjon: NTNU)
Studerer levende hjerne
På tross av likhetene er nattsvermeren et bedre egnet modellobjekt i nevrovitenskapelige studier enn deg og meg. Derfor er det også nattsvermerne forskerne i luktlaboratoriet ved Psykologisk institutt jobber med.
Nattsvermerhjernen inneholder funksjonelle nervenettverk som er relativt lett tilgjengelig for eksperimentelle studier. Forskerne kan for eksempel registrere aktivitet fra individuelle hjernenevroner i den levende organismen samtidig som de setter et fargestoff i nevronet.
– For oss som studerer luktesansen, er selvsagt kunnskap om og tilgang til adferdsmessig relevante dufter av essensiell betydning. Ved å blåse aktuelle feromoner fra en hunn-nattsvermer over hannens antenner, kan vi få svært presise indikasjoner på hvilke kodingsmekanismer systemet benytter, forklarer Berg.
Siden insekthjernen er så liten, kan også forskerne analysere intakte hjernepreparat i et mikroskop. På den måten kan de se hvordan nervenettverket er satt sammen og hvordan de ulike nervecellene kommuniserer med hverandre. Så langt har ingen greid å kartlegge hvordan dufter som er relevante for adferden til oss pattedyr, avspeiler seg i høyere områder av våre luktebaner.
– Vi klarer ikke å studere slike prosesser i enkelte nerveceller hos en hvilket-som-helst organisme. I tillegg til den generelle kunnskapen vi får om luktesystemet, er det ganske forunderlig å se hvor utrolig avansert og velorganisert nervesystemet i den lille insekthjernen er, avslutter Berg.
- Les også: Derfor trigges hukommelsen av lukt
Referanse:
Xin-Cheng Zhao, Pål Kvello, Bjarte Bye Løfaldli, Siri Corneliussen Lillevoll, Hanna Mustaparta, Bente Gunnveig Berg (2014) Representation of pheromones, interspecific signals, and plant odors in higher olfactory centers; mapping physiologically identified antennal-lobe projection neurons in the male heliothine moth. Frontiers in Systems Neuroscience. vol. 8 (186).
