Projekti / Programi
Vibracijski čutilni sistem jamske kobilice Troglophilus neglectus (Rhaphidophoridae): od signalov do živčnih mrež
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.03.00 |
Naravoslovje |
Biologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B361 |
Biomedicinske vede |
Fiziologija nevretenčarjev |
Jamska kobilica vrste Troglophilus neglectus, Kras, vedenje, zvok in vibracije, vibracijski receptorji, neuronalne mreže
Raziskovalci (4)
Organizacije (1)
Povzetek
Ravnokrilci predstavljajo med nevretenčarji splošno uveljavljen model za študije procesov recepcije in integracije senzorične informacije v živčevju. Eden osrednjih predmetov teh raziskav je slušni sistem murnov in kobilic, ravnokrilcev iz skupine dolgotipalčnikov, ki z zvočnimi signali tudi komunicirajo. Ob tem je veliko slabše poznan senzorični sistem, iz katerega se je razvil sluh teh žuželk – to je sistem za zaznavanje vibracij podlage. Slednji je razvit pri vseh žuželkah in je ključnega pomena za njihovo komunikacijo na različnih nivojih. Najmanj raziskano področje vibracijskega čutilnega sistema žuželk je obdelava signalov v centralnem živčevju na nivoju tako morfološko kot fiziološko identificiranih živčnih celic (nevronov). Vsi poznani podatki hkrati prihajajo iz raziskav pri ravnokrilcih, ki imajo vibracijski sistem že evolucijsko modificiran oz. kombiniran s slušno živčno potjo. Osrednji namen predlagane študije je opisati elemente vibracijskega čutilnega sistema od receptorskega nivoja do možgan pri predstavniku primitivnih ravnokrilcev, ki ne zaznavajo zvoka. Za to primerna eksperimentalna žival je jamska kobilica vrste Troglophilus neglectus (Rhaphidophoridae), eden od najpogostejših členonožcev v podzemlju slovenskega krasa. Pri tej vrsti vibracijski čutilni organ v nogah predstavlja domnevno razvojno predstopnjo slušnega organa. Za boljše razumevanje funkcionalnih lastnosti vibracijskega sistema jamske kobilice nameravamo raziskati tudi predparitveno vedenje živali s povdarkom na analizi vibracijskih signalov. Proces komunikcije nočno aktivnih kobilic Rhaphidophoridae je v splošnem slabo poznan, preliminarna opazovanja pa kažejo na možnost njihove komunikacije z vibracijskimi signali. Na nivoju perifernega živčevja nameravamo opisati funkcionalne lastnosti ter identificirati izvor skupine visoko občutljivih receptorskih nevronov, ki v centralno živčevje vodijo informacijo o vibracijah nizkih frekvenc. Fiziološke in vedenjske raziskave pri ravnokrilcih posredno kažejo na obstoj take skupine receptorskih elementov. Na nivoju centralnega živčevja nameravamo opisati morfologijo in funkcionalne lastnosti večjega števila vibracijsko občutljivih internevronov ter med njimi identificirati potencialno homologne elemente specializiranih slušnih nevronov murnov in kobilic. S tem bi prvič neposredno dokazali istoizvornost slušnega in vibracijskega sistema ravnokrilcev na nivoju centralnega živčevja. Delo bi pomembno prispevalo k poznavanju mehaniznov procesiranja informcije v vibracijskem sistemu žuželk na sploh. Hkati so raziskave zanimive tudi v svetovnem merilu z vidika razkav biologije v ekstremno specifičnem okolju.
Pomen za razvoj znanosti
Zvočna komunikacija in sluh ravnokrilcev iz skupine dolgotipalčnic (murnov in kobilic), kamor spadajo tudi jamske kobilice, predstavlja enega glavnih od modelnih sistemov za raziskave vedenja in njegove živčne osnove pri nevretenčarjih. Po drugi strani je komunikacija z vibracijami, ki se prevajajo po podlagi, pri žuželkah na splošno precej slabše raziskana, predvsem na nivoju živčne osnove zaznave signalov. Omenjeni sistem zvočne komunikacije dolgotipalčnic naj bi evolucijsko izviral iz komunikacije z vibracijskimi signali in čutilnega sistema za zaznavanje vibracij podlage, kakršen je bil na nivoju čutilnih organov opisan pri »gluhi« jamski kobilici vrste T. neglectus. Zaradi nasprotujočih si hipotez o sorodstvenih razmerjih med dolgotipačnicami ni jasno, ali se je sluh pri njih razvil le enkrat in se v nekaterih skupinah naknadno reduciral, ali pa se je v več linijah neodvisno razvil iz homolognih struktur. Po eni izmed hipotez naj bi jamske kobilice predstavljale najbolj primitivno družino v tej skupini žuželk, kar smo z našimi raziskavami tako na vedenjskem nivoju kot nivoju centralnega živčevja dodatno potrdili in s tem podprli hipotezo o neodvisnem razvoju sluha. Prvič smo pri kateri od vrst družine jamskih kobilic opisali signalizacijo z vibracijskimi in tudi spremljajočimi kemičnimi signali, kar potrjuje domnevo o primitivni poziciji jamskih kobilic. Morfologija vibracijskih internevronov, ki so domnevno izvorni slušnim elementom murnov in kobilic, potrjuje da gre za izvorno in ne regresirano obliko. Ti podatki odpirajo nova pomembna izhodišča za nadaljnje primerjalne raziskave na nivoju vedenja kot njegove živčne osnove pri ostalih dolgotipalčnicah, ki ne slišijo zvoka. Prvič smo na podlagi velikega število morfološko identificiranih centralno-živčnih elementov opisali principe funkcionalne organizacije vibracijskega živčnega sistema pri katerem od ravnokrilcev oz. pri žuželkah na sploh, kar predstavlja bogato osnovo prihodnje za medvrstne primerjave.
Pomen za razvoj Slovenije
Jamske kobilice prežive večino svojega življenja v kraškem podzemlju, kar predstavlja poseben ekosistem v svetovnem merilu. Hkrati so ene od najštevilnejših prebivalcev v tem okolju, ki zaradi periodičnih migracij na površje predstavljajo pomemben člen pri vnosu hranil v podzemlje in tako sodelujejo pri vzdrževanju ravnovesja občutljivega podzemskega ekosistema. Spoznavanje različnih vidikov njihove biologije je zato pomembno za Slovenijo tako v okviru promocije kraškega jamskega okolja kot tudi s stališča spoznavanja potencialnih dejavnikov, ki lahko pripomorejo k njegovi ohranitvi. Raziskava je sicer del dolgoročnega raziskovalnega programa Oddelka za entomologijo na Nacionalnem inštitutu za biologijo. Oddelek je edina skupina v Sloveniji, ki opravlja kompleksne raziskave biologije žuželk s posebnim zanimanjem za njihovo komunikacijo, vplive okolja na prevajanje signalov in zaznavanje signalov na nivoju čutilnih sistemov, kar obravnavamo tako s funkcionalnega kot evolucijskega stališča. Skupina je široko vpeta v mednarodni prostor in predstavlja prepoznavno središče za raziskave nevrobiologije in nevroetologije komunikacijskih procesov žuželk, predvsem na področju vibracijske komunikacije. Rezultati projekta so in bodo promovirali slovensko znanost prek razširjanja novih znanj v okviru mednarodnih kongresov, vzpostavljanja formalnih in neformalnih znanstvenih povezav, razvijanja in izboljševanja tehnik ter publiciranja znanstvenih del. Raziskovalna skupina promovira Slovenijo tudi prek članstev v mednarodnih uredniških odborih, pomembnih nacionalnih in mednarodnih združenj in vabljenih predavanj na univerzah. V okviru predlaganega projekta smo praktično izpopolnjevali znanje enega dodiplomskega študenta iz Slovenije in študenta iz tujine v okviru mednarodne študentske izmenjave. Pridobljena znanja smo in bomo razširjali tudi prek predavanj na podiplomskem nivoju in objavljanju del za laično javnost.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
