Bezobratlí v neuroetologii A) Bezobratlí jako model neuroetologických experimentů B) Podmiňování jako klíč k funkcím NS a smyslů c) Citlivost zvířat na magnetická pole Neuroetologie (behaviorální neurobiologie): • Syntéza etologie a neurobiologie (60.1) • Neurální podstata chování • Nástroj řešení otázek neurofyziologie A) Bezobratlí v neuroetologii Jednoduchý, snadno přístupný nervový systém • Larva 10 tis neuronů „Robustní" behaviorální projev Laboratorní podmínky \ Snadný, levný a rychlý chov Mutantní linie \ Bezobratlí v neuroetologii Jednoduchý, snadno přístupný nervový systém „Robustní" behaviorální projev -Laboratorní podmínky • k Snadný, levný a rychlý chov \^"^Y^^ Mutantní linie Mimořádný význam Bezobratlí v neuroetologii • Sensomotorické reflexy Bezobratlí v neuroetologii • Sensomotorické reflexy Bezobratlí v neuroetologii: Sensomotorické reflexy Motorické sekvence Depressor muscle Levator muscle IV i ng- h i nge prop rioceptor Depression proprioceptors —W«- 4- -Wh- Clione limacina (valovka plžovitá) „Sea angel" Bezobratlí v neuroetologii: • Sensomotorické reflexy • Motorické sekvence • Orientace Training conditions 1 1 Testing conditions 1 Pine cones a nest in 1 1 Pine^^ApPwA^sand 1 1 moved 1 here 1 A nest in \ »>•> N. Tinbergen Nobelova cena 1973 Philanthus triangulum Bezobratlí v neuroetologii: Sensomotorické reflexy Motorické sekvence Orientace Komunikace Bezobratlí v neuroetologii: Sensomotorické reflexy Motorické sekvence Orientace--r=— Komunikace • ' | , IZ^J' Učení a paměť jJ-r^^T ^Bm& ......',> o > ^ > Bezobratlí v neuroetologii: Sensomotorické reflexy Motorické sekvence Orientace Komunikace Učení a paměť Circadiánní rýmy Bezobratlí v neuroetologii Sensomotorické reflexy Motorické sekvence Orientace - Komunikace Učení a paměť Circadiánní rýmy Smyslové schopnosti Bezobratlí v neuroetologii: • Sensomotorické reflexy • Motorické sekvence • Orientace • Komunikace • Učení a paměť • Circadiánní rýmy • Smyslové schopnosti Bezobratlí v neuroetologii: Bezobratlí v neuroetologii: Bezobratlí v neuroetologii: Bezobratlí v neuroetologii Sensomotorické reflexy Motorické sekvence Orientace Komunikace Učení a paměť Circadiánní rýmy Smyslové schopnosti a dráhy Stárnutí Sexuální orientace Agresivita Působení drog a farmak micropipet injector cylindrical electrode wild type — baseline — cocaine Bezobratlí v neuroetologii: • Sensomotorické reflexy • Motorické sekvence • Orientace • Komunikace • Učení a paměť • Circadiánní rýmy • Smyslové schopnosti • Stárnutí • Sexuální orientace • Agresivita • Působení drog a farmak • Ochota riskovat, emoce atd... B) Podmiňování ja vivo re n i íněné asticitv NS a zá azem a uceni. (A) Podmiňování jako klíč k funkci NS a smyslů Vytvoření podmíněného spojení je důkazem plasticity NS a základem paměti a učení. Vytvoření podmíněného spojení může být: cílem výzkumu paměti a učení Vytvoření podmíněného spojení může být: cílem výzkumu paměti a učení Vytvoření podmíněného spojení muže být: nástrojem výzkumu smyslových schopností Odměna nebo trest při tréninku Vytvoření podmíněného spojení může být: nástrojem výzkumu smyslových schopností Vytvoření podmíněného spojení může být: nástrojem výzkumu smyslových schopností Richard Axel Nobelova cena 2004 za objevy podstaty čichu C) Magneto recepce - výzva smyslové fyziologii Kompas: Všudypřítomné vod ítko Geomagnetické pole doprovází život od jeho počátku Schopnost je vnímat je dnes již dobře doložený fenomén. Zájem badatelů neklesá Citation Report: 648 (J'ruin Web of Science ('orr ('ollcctmii) You searched (or TOPIC: (magnetoreception) ...More This report reflects citations to source items indexed within Web of Science Core Collection Perform a Cited Reference Search to include citations to items Published Items in Each Year Citations in Each Year , 2 Test - rotating MGF — MIR reaction Wilcoxon pair test, N=116, P=0.00Q17 270 min Sf_rf Magnetically induced freezing (MIF) Aversively conditioned temporary immobility. Kindly see poster P21: Magnetically induced freezing in cockroach. Effect of interstimulus interval. Jsou to ale skutečně Kryptochromy nutné pro magnetorecepci? Čekalo se na molekulární důkaz. 2008, 2010 Gegear et al. Drosophila assay Gegear, R. J., A. Casselman, S. Waddell;, and S. M. Reppert. 2008. Cryptochrome mediates light-dependent magnetosensitivity in drosophila. Nature 454:1014-1018. Metody: ■ Spontánní pohybová reakce Periplaneta americana a Blatella germanica na rotaci pole ■ Reverzní genetika - RNA interference Vacha, M. 2006. Laboratory behavioural assay of insect magnetoreception: Magnetosensitivity of Periplaneta americana. J. Exp. Biol. 209: 3882-3886. Methods: Merritt coil Magnetically induced restlessness (MIR) Magnetically Induced Restlessness (MIR) 60° oscillations Period 5 min North 60° rotated 5min 5min r Magnetic pulse Control - no MGF rotation - no MIR reaction i 270 min o "cS o o 2 Test - rotating MGF - MIR reaction o m 1 Wilcoxon pair test, N=119, *} P=n.s. jjc if; Wilcoxon pair test, N=116, P=0.00Q17 270 min 866484 Orcadian rhythms Magnetoreception Painted eyes Tim silencing CRY silencing Constant light Existuje polokruhovitá struktura s Cry? Imunocytochemie: vrstva buněk zespodu kopírujících sítnici A 25, 20 J 15 10-1 5J black painted clear painted ns P=0.9 n=94 ** P=0.007 n=98 0J sf rfsf Bazalova O, Kvicalova M, Damulewicz M, Valkova T, Slaby P, Bar Doležel D, Vacha M. 2016. Cryptochrome 2 mediates directional rr LED spectra m m [a mnm IR r mm ■in / ■ i 1 / 350 405 459 512 564 615 665 MIR je závislý na barvě ON OFF ON 1.5x1015 ÍM É (0 W c o O 2.3x10" O. Jbě iíi C B c 3.4x10'9 • • • • • 1 • v. : # MIR # No Yes • 350 365 388 408 448 466 505 528 550 wavelength 596 635 663 (nm) Bazalova O, KvicalovaMJ)amulewicz M, Valkova T, Slabý P, Bartoš P, Netušil R, Tomanova K, Provazr Doležel D, Vacrlr^f^^r^^ryptochrome 2 mediates directional magnetoreception in cockroaches. PNA: inig P, Jing-Lee H, Sauman I, Pokorný R, is.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1518622113. Absorpční křivky Cry. ON OFF: ON Zhong, D. (2015). Electron Transfer Mechanisms of DNA Repair by Photolyase. Annu. Rev. Phys. Chem. 2015. 66:691-715. Shrnutí nových výsledků na Periplaneta a Bletella: Magnetorecepce je vázaná na oči Spektrální křivka směrové recepce odpovídá absorpci Cry Směrová magnetorecepce je závislá na funkčním Cry Cry je přítomen v polokruhovité vrstvě pod sítnicí Fotochemický kompas je solidní hypotéza a Cry součástí směrové Bazalova 0, Kvicalova M, Damulewicz M, Valkova Ir^laby B, Bartoš P, Netušil R, Tomanova K, Provazník J, Braeunig P, Jing-Lee H, Sauman 1, Pokorný R, Doležel D, Vácha M. 2(p^^giKJ^Qdia^^iPj^|(hnagnetoreception in cockroaches. PNAS www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1518622113. Nejen orientace a směr. Magnetické pole ovlivňuje prostřednictvím Cry cirkadiánní tm A Canton-S h.iáX..M ...Bá i.. ..íí Fedele, G., Edwards, M. D., Bhutani, S., Hares, J. M., Murbach, M., Greenl, E. W., et al. (2014). Genetic Analysis of Circadian Responses to Low frequency Electromagnetic Fields in Drosophila melanogaster. PLOS Genetics, 10(12), e1004804. Fedele, G., Green, E. W., Rosato, E., & Kyriacou, C. P. (2014). An electromagnetic field disrupts negative geotaxis in Drosophila via a CRY-dependent pathway. Nature Communication, DOI: 10.1038/ncomms5391. Ale třeba i geotaxi Šplhání mušek vzhůru je MG polem vypnuto. Swinger mechanism CS 635 nm Ale jen u těch, které mají Cry a na modrém světle. Fedele G, Green EW, Rosato E, Kyriacou CP. 2014. An electromagnetic field disrupts negative geotaxis in Drosophila via a CRY-dependent pathway. Nature Communication DOI: 10.1038/ncomms5391. Resume a výhledy do budoucna Cryptochromy a jejich úlohy. Hodiny i L I I Chaves I, Pokorny R, Byrdin M, Hoang N, Ritz T, Brettel K, Essen L-O, Horst GTJvd, Batschauer A, Ahmad M. 2011. The Cryptochromes: Blue Light Photoreceptors in Plants and Animals. Annu Rev Plant Biol 62:335-364. Resume a výhledy do budoucna Cryptochromy a jejich úlohy. Hodiny Změna membránového potenciálu Fogle KJ, Baik LS, Houl JH, Tran TT, Roberts L, Dahm NA, Cao Y, Zhou M, Holmes TC 2015. CRYPTOCHROME-mediated phototransduction by modulation of the potassium ion channel p-subunit redox sensor. Resume a výhledy do budoucna Cryptochromy a jejich úlohy. Hodiny Změna membránového potenciálu Kontrola buněčného cyklu_ Eisele, Lewin, et al. "Combined PER2 and CRY1 expression predicts outcome in chronic lymphocytic leukemia." European journal of haematology 83.4 (2009): 320-327. Resume a výhledy do budoucna Cryptochromy a jejich úlohy. • Hodiny • Změna membránového potenciálu • Kontrola buněčného cyklu Resume a výhledy do budoucna Cryptochromy a jejich úlohy. Možná všechny dráhy, kde je přítomen Cry, jsou citlivé na světlo a magnetická pole ! • Pokud ano, pak i na radiové frekvence. irths Magnetic Field North M*gn«0c Pole* Gaographii NoMh Pole .1 .'South http://bioforces.blogspot.cz/2011/06/human-cryptochrome-exhibits-light.html Co říci závěrem o výzkumu úlohy Cry na hmyzím modelu: Díky molekulárním technikám hmyz (bezobratlí) pravděpodobně umožní popsat mechanismus magnetické citlivosti • směr magnetického pole je pro živé systémy důležitější než kompas v ruce pro člověka. • Výzkum posouvá hranice mezi biologií, „kvantovou biologií" a fotochemií. Praktické aplikace v oblasti ochrany zdraví, kvality spánku, interakcí s technickými zařízeními atd. Dosavadní granty: • Ověření magnetorecepce potemníka moučného. GAČR 2001-2003 • Analýza magnetorecepčního chování laboratorních druhů hmyzu. GAČR 2005-2008 • Neurální podstata magnetorecepce hmyzu. GAČR 2007-2010 • Fyziologická a funkčně genetická analýza magnetorecepce na hmyzím modelu GAČR 2013-2015. • Spolupráce s Molekulární chronobiologickou lab. ČB, Marburg, Oxford, Lund, tv«niri»-ü potto mm. |f Mtuotn*» utmmttot • ' H utttv Vedci yiöli pfc ■ yU*J| ' O ô • Mlp* //Mmvw (ihImm* inunKXVí-dd-rf vyÄum/5*U-objev vedo /^r* /vwiU ww*itu|i p«nfr inignrtháuíhíVpulťi-inr '•i-i" Q In*« Ml* ß 6 MUNI M umal Pf Mu H Zpr»m (ymvi n /Kloval otMiiuci podl* magn c koni u hmyiu, »iKiki»m* im |Ki«nni«i>ktivi moucncm, rtiMuvl a ávabovl Zmiňovaný protein kryptochrom byl nalezen I-';.m ■ i ti ■ i ii. ■: -.i liii)iiv>st ni-kti-ni h MotVhi'i r»-n^.:n•■!i. •■ f**? Iiyln jiz dokázána řadou výzkumu. Dosud však vědci nevedeli, jak tento smvsl funguje a čím je smrr k tnngneln kľiiin |hi1u pliawty vnímán. Prfilomovv objev urlníl kolektiv vŕdrŕi pozvánky Prednáška O botanické exkurzi v Čem* Hoři a Albánii I Přednáška. Z dějin ruské u •• estetiky | Přednáška Kdy dojdou M ^ světové zásoby ropy? 23| Odbomo kolokvium Véda v praxi rozvoje Brna? Reprezentační právnicky ples Newsletter: Zůstaňte v obraze MENDEL LECTURES I_J 2016/2017 W Virtuální prohlídky C,T,!> vědeckých pracovišť MU m>mm mi iiíít Děkuji za pozornost