Studiare il movimento della mosca della frutta sui tapis roulant

Molti animali si muovono usando le gambe per adattarsi a diversi ambienti. I loro sistemi nervosi li aiutano ad aggiustare il modo in cui si muovono quando le cose non vanno come previsto, come quando inciampano. Gli animali, dagli insetti agli esseri umani, usano metodi simili per riprendersi da questi eventi imprevisti. Gli scienziati vogliono ancora capire come il sistema nervoso rileva queste sorprese e fa rispondere il corpo in modo utile.

I ricercatori spesso studiano come il cervello controlla il Movimento interrompendo circuiti nervosi specifici e osservando come questo cambia il comportamento di un animale. In passato hanno usato tecniche che danneggiavano parti del sistema nervoso. Anche se questi metodi hanno messo in evidenza aree importanti per percepire dove si trova il corpo e come muoversi, non permettevano agli scienziati di vedere tipi specifici di cellule e producevano molti effetti diversi sul comportamento. Metodi più recenti consentono agli scienziati di mirare a cellule specifiche che percepiscono o controllano il movimento. Tuttavia, queste tecniche di solito portano a comportamenti meno naturali negli animali.

Un modo per superare questi problemi è far camminare gli animali su un Tapis roulant. I tapis roulant sono stati a lungo usati per studiare come gli animali controllano i loro movimenti. Possono anche essere regolati per applicare diversi livelli di forza sugli animali mentre camminano. Studi precedenti hanno mostrato che gli animali apprendono ad adattare l’altezza del passo quando incontrano ostacoli nel loro cammino, come una tavola che li colpisce. I ricercatori hanno anche sviluppato tapis roulant che possono muoversi a velocità diverse per ogni lato, il che aiuta a indagare come gli animali coordinano le loro gambe mentre camminano.

Un vantaggio significativo dei tapis roulant è che permettono ai ricercatori di studiare il movimento in un ambiente controllato. Questo è utile per raccogliere informazioni precise su come funziona il corpo e i muscoli di un animale mentre si muove.

Recentemente, gli scienziati hanno iniziato a studiare le mosche della frutta poiché mostrano come gli animali percepiscono la posizione del loro corpo e adattano i loro movimenti. Le mosche hanno un sistema nervoso semplice e ben compreso che consente test mirati del loro patrimonio genetico. I ricercatori hanno usato vari metodi per tracciare come si muovono le mosche e analizzare i loro schemi di camminata. Per esempio, alcuni studi hanno esaminato le mosche su una palla galleggiante o in un'area ristretta, ma non sono riusciti a tracciare tutti i movimenti in tre dimensioni.

Per colmare questa lacuna, i ricercatori hanno progettato un nuovo tipo di tapis roulant per studiare le mosche della frutta. Hanno esaminato come le mosche camminavano sul tapis roulant rispetto a quando camminavano liberamente. Hanno anche testato come le mosche si muovevano quando alcuni nervi sensoriali venivano disattivati. Infine, hanno creato un tapis roulant speciale che può muovere ogni lato a velocità diverse per vedere come le mosche si adattano ai cambiamenti mentre camminano. Hanno anche reso disponibili i loro progetti e software per altri scienziati.

#Un Tapis Roulant Lineare Miniaturizzato

I ricercatori hanno creato un piccolo tapis roulant lineare per misurare come si muovono le mosche della frutta in tre dimensioni. Il tapis roulant aveva una camera trasparente dove le mosche potevano camminare, e gli scienziati si sono assicurati che le mosche non potessero volare potando le loro ali. Hanno usato più telecamere ad alta velocità per catturare i movimenti delle mosche.

Hanno scoperto che il tapis roulant permetteva alle mosche di camminare a velocità diverse. I ricercatori hanno testato le mosche che camminavano a cinque diverse velocità costanti aumentando gradualmente la velocità del tapis roulant. Hanno registrato i movimenti delle mosche a queste velocità e tracciato quanto in alto sollevavano i corpi mentre camminavano più velocemente.

#Risultati Chiave dallo Studio sul Tapis Roulant

Il tapis roulant ha reso possibile costringere le mosche a camminare per periodi più lunghi mentre tracciavano i loro movimenti. Le mosche trascorrevano la maggior parte del loro tempo in piedi sul tapis roulant e camminando. Hanno scoperto che le mosche sollevavano i loro corpi mentre camminavano più velocemente. Questa scoperta corrisponde a osservazioni simili fatte su altri animali, come le blatte e gli esseri umani.

Per confrontare i movimenti tra le mosche sul tapis roulant e quelle che camminano liberamente, i ricercatori hanno avviato una nuova analisi focalizzandosi sulla camminata in avanti. Hanno confermato che i modelli di passo erano coerenti tra le mosche sul tapis roulant e quelle che camminavano liberamente. In entrambi i casi, le mosche aumentavano la loro frequenza di passo mentre camminavano più velocemente, e la durata del loro passo diminuiva. Tuttavia, il modo in cui le mosche muovevano le gambe era meno variabile quando camminavano sul tapis roulant.

I ricercatori hanno anche confrontato come si muovono le mosche quando sono legate a come si muovono liberamente. Le mosche legate camminavano in modo diverso da quelle sul tapis roulant o che camminavano liberamente. In particolare, le mosche legate non raggiungevano le stesse velocità di camminata degli altri volatili. Avevano frequenze di passo più basse e durate del passo più lunghe. Le differenze sorgevano perché le mosche legate camminavano su una palla anziché su una superficie piatta.

#Coordinazione Inter-Gamba

Successivamente, i ricercatori hanno esaminato come le mosche coordinavano i movimenti delle loro gambe in vari allestimenti. Hanno monitorato il numero di gambe in contatto con il suolo durante la camminata. Hanno scoperto che tutte le mosche, indipendentemente dall'allestimento, mostravano una tendenza ad avere più gambe in contatto con il suolo man mano che la velocità aumentava, un modello chiamato coordinazione a treppiede.

Quando osservavano il tempismo del movimento delle gambe, hanno trovato che l'ordine in cui si muovevano le gambe era coerente in tutti gli allestimenti. Tuttavia, le mosche legate mostravano variazioni su quale gamba toccava prima in un tripletto. Le gambe di mezzo sembravano giocare un ruolo cruciale nel mantenere stabilità e coordinazione.

#Effetto della Silenziatura del Feedback Meccanosensoriale

Un aspetto chiave che i ricercatori volevano indagare era come il feedback sensoriale dalle gambe influisse sul movimento. Hanno silenziato neuroni sensoriali specifici trovati nelle gambe delle mosche per vedere come questo impattava la loro capacità di camminare. Sorprendentemente, silenziare questi neuroni consentiva alle mosche di camminare più spesso e a velocità maggiori quando costrette a farlo sul tapis roulant.

Quando hanno esaminato i movimenti delle gambe delle mosche silenziate, hanno notato cambiamenti nella cinematica del passo. Le mosche silenziate facevano meno passi, ma la lunghezza dei loro passi aumentava. Nonostante questi cambiamenti, la coordinazione generale tra le loro gambe sembrava non essere influenzata, indicando che un altro feedback sensoriale potrebbe essere più importante per la coordinazione.

#Esperimento con il Tapis Roulant a Cinghie Separate

I ricercatori hanno poi utilizzato un tapis roulant a cinghie separate, che ha due cinghie che si muovono a velocità diverse, per studiare come le mosche aggiustano i loro movimenti. Si sono concentrati su come le mosche riuscivano a mantenere la linea retta mentre le cinghie si muovevano in modo disuguale. Le mosche cambiavano come posizionavano le gambe per mantenere l'equilibrio. Aggiustavano le distanze percorse dalle loro gambe, specialmente quelle di mezzo, per mantenere un percorso diritto.

Le mosche erano in grado di camminare diritto cambiando il movimento delle gambe, piuttosto che cambiando quanto velocemente si muovevano, il che indica quanto siano importanti le regolazioni spaziali per mantenere la postura.

#Conclusione

In questo studio, i ricercatori hanno costruito un tapis roulant lineare e a cinghie separate per studiare le mosche della frutta volanti. Le mosche che camminavano sul tapis roulant mostravano schemi di movimento simili a quelli che camminavano liberamente. Un risultato chiave è stato che il tapis roulant ha aiutato a seguire come le mosche sollevavano i loro corpi mentre si muovevano più velocemente. Hanno scoperto che le mosche privi di feedback sensoriale potevano comunque camminare a velocità più elevate quando costrette a farlo.

I ricercatori hanno anche notato che, mentre i cambiamenti nel feedback sensoriale influenzavano come le mosche facevano i passi, la loro coordinazione delle gambe non sembrava essere influenzata. Il tapis roulant a cinghie separate ha dimostrato che le mosche potevano aggiustare il loro movimento per adattarsi a superfici irregolari.

In generale, questi risultati suggeriscono che i nuovi sistemi di tapis roulant sono strumenti utili per comprendere come gli insetti camminano e adattano il loro movimento in diverse situazioni. Le conoscenze acquisite potrebbero anche servire come base per ulteriori ricerche nel campo della locomozione. Inoltre, il design semplice e conveniente consente l'uso di questi tapis roulant nello studio di altri insetti.

#Direzioni Future

Ci sono diverse possibili applicazioni future per questi sistemi di tapis roulant. Una possibilità è indagare come gli insetti adattino i loro movimenti a diversi scenari di camminata, simile a quanto fatto nei mammiferi. Il tapis roulant a cinghie separate offre un metodo per studiare come le mosche mantengono il controllo durante schemi di camminata irregolari.

Inoltre, questi tapis roulant possono fornire approfondimenti su come vari sistemi organici, come le funzioni respiratorie, reagiscono a diversi fattori mentre gli insetti sono in movimento. I sistemi potrebbero persino essere adattati per altri insetti, consentendo studi più ampi sulla loro locomozione.

Questi progressi negli strumenti di ricerca rappresentano un progresso significativo nello studio del comportamento e della fisiologia degli insetti. Le metodologie sviluppate possono portare a una comprensione ancora più profonda di come il feedback sensoriale e la coordinazione aiutano gli animali a navigare nei loro ambienti. Continuando a perfezionare queste tecniche, i ricercatori possono ampliare la loro comprensione delle complesse relazioni tra movimento, ambiente e comportamento orientato agli obiettivi in varie specie.