Kleine wormen nemen ook complexe beslissingen

Kleine wormen nemen ook complexe beslissingen

Salk-wetenschappers waren verrast om flexibele besluitvormingsmogelijkheden te ontdekken in een worm met slechts 302 neuronen

LA JOLLA — Hoe neemt een dier beslissingen? Wetenschappers hebben tientallen jaren geprobeerd deze vraag te beantwoorden door zich te concentreren op de cellen en verbindingen van de hersenen die mogelijk betrokken zijn. Salk-wetenschappers kiezen voor een andere aanpak: het analyseren van gedrag, niet van neuronen. Ze waren verrast toen ze ontdekten dat wormen met meerdere factoren rekening kunnen houden en tussen twee verschillende acties kunnen kiezen, ondanks dat ze slechts 302 neuronen hebben, vergeleken met ongeveer 86 miljard bij mensen.

De bevindingen, gepubliceerd in Current Biology op 7 maart 2022, hebben belangrijke implicaties voor de manier waarop onderzoekers motivatie en cognitieve vaardigheden bij dieren beoordelen. Bovendien toont de studie aan dat complexe besluitvormingsmogelijkheden kunnen worden gecodeerd in kleine biologische en kunstmatige netwerken.

“Ons onderzoek laat zien dat je met een eenvoudig systeem als de worm iets complexs kunt bestuderen, zoals doelgerichte besluitvorming. We hebben ook aangetoond dat gedrag ons veel kan vertellen over hoe de hersenen werken”, zegt senior auteur Sreekanth Chalasani, universitair hoofddocent in Salk's Molecular Neurobiology Laboratory. “Zelfs eenvoudige systemen zoals wormen hebben verschillende strategieën, en ze kunnen kiezen tussen die strategieën, en beslissen welke het beste voor hen werkt in een bepaalde situatie. Dat biedt een raamwerk om te begrijpen hoe deze beslissingen worden genomen in complexere systemen, zoals mensen.”

Of het nu gaat om het eten van een prooi of het verdedigen van zijn voedselbron, de roofworm Pristionchus pacificus vertrouwt op bijten. De uitdaging van het team was om de bedoelingen van de worm te bepalen wanneer hij bijt.

De onderzoekers vonden dat P. pacificus kiest tussen twee foerageerstrategieën om zijn prooi en concurrent, een andere worm genaamd, te bijten Caenorhabditis elegans: 1) roofzuchtige strategie, waarbij het doel van bijten is om prooien te doden, of 2) territoriale strategie, waarbij bijten in plaats daarvan wordt gebruikt om te forceren C. elegans uit de buurt van een voedselbron. P. pacificus kiest de roofstrategie tegen larven C. elegans, die gemakkelijk te doden is. In tegenstelling tot, P. pacificus selecteert de territoriale strategie tegen volwassen C. elegans, die moeilijk te doden is en te slim af is P. pacificus voor voedsel.

Voor het team leek het erop P. pacificus woog de kosten en baten van meerdere mogelijke uitkomsten van een actie - gedrag dat bekend is bij gewervelde dieren, maar onverwacht bij een worm.

"Wetenschappers zijn er altijd van uitgegaan dat wormen eenvoudig waren - toen P. pacificus beten waarvan we dachten dat die altijd voor een bijzonder roofdierdoel waren, 'zegt eerste auteur Kathleen Quach, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Chalasani. "Eigenlijk, P. pacificus is veelzijdig en kan dezelfde actie gebruiken, bijten C. elegans, om verschillende langetermijndoelen te bereiken. Ik was verrast om dat te vinden P. pacificus zou wat leek op mislukte predatie kunnen gebruiken in succesvolle en doelgerichte territorialiteit.

In de toekomst willen de wetenschappers bepalen welke van P. pacificus' kosten-batenberekeningen zijn vast of flexibel. Ze hopen dat meer van dit soort onderzoek zal helpen om de moleculaire onderbouwing van besluitvorming verder bloot te leggen.

Het onderzoek werd ondersteund door de National Institutes of Health (5R01MH113905), de WM Keck Foundation, de National Science Foundation, Salk Women & Science en een Paul F. Glenn Foundation Postdoctoral Fellowship.

DOI: 10.1016 / j.cub.2022.02.033