Постдок из Калифорнийского технологического института получил премию L'Oréal

Каждый год L'Oréal USA для женщин в науке Программа стипендий предоставляет пять премий по 60 000 долларов США «для создания постдокторского сообщества женщин, давая им возможность продолжать свои исследования, достигать руководящих должностей и становиться вдохновляющими наставниками для поколений женщин и девочек, которые последуют по их пути».

В этом году Джесслин (Джесс) Канвал, научный сотрудник лаборатории Джо Паркера, доцента кафедры биологии и биологической инженерии, получила этот грант за свою работу со стафилинами и ее планы вызвать интерес к областям STEM среди подростков посредством семинаров. по танцам и нейробиологии. Недавно мы беседовали с Канвал о ее исследованиях в Калифорнийском технологическом институте и о том, как она планирует использовать свою награду.

Какие исследования вы будете поддерживать в рамках гранта L'Oréal «Для женщин в науке»?

Меня интересует, как организмы комбинируют сигналы различных сенсорных модальностей, чтобы отличить друга от врага по еде. Как они обнаруживают угрозу, а затем быстро принимают решения: защищаться или бежать? Чтобы ответить на эти вопросы, я работаю с крошечными насекомыми, называемыми стафилинами. Их длина всего около 2,5 миллиметров, а ширина – полмиллиметра. В конечном счете, я хочу знать, как их нервная система интегрирует различные сенсорные сигналы от организмов, с которыми они взаимодействуют, преобразует их в информацию о том, с каким типом животного они сталкиваются — будь то хищник, добыча или другой бродячий жук — и затем решает, как это сделать. лучше всего ответить.

Как вы заинтересовались этой работой?

Я был очарован как жуками, так и мозгом с тех пор, как, будучи студентом, участвовал в увлекательном летнем исследовательском опыте. Я нахожу удивительным то, как насекомые воспринимают мир и перемещаются по нему, как много способов они взаимодействуют друг с другом и какое поведение они способны выполнять. Для них мир выглядит, пахнет и ощущается совсем иначе, чем для нас. Несмотря на то, что они такие маленькие и воспринимают окружающую среду в совершенно ином масштабе, чем мы, они являются экспертами в поиске пищи, предотвращении опасностей и общении друг с другом. Мне понравилось наблюдать это воочию во время одного из моих студенческих исследований, когда у меня была возможность наблюдать за танцем медоносных пчел. Так они сообщают своим собратьям по улью, где находится лучшая еда. Наблюдение за тем, как насекомые выполняют сложные действия, такие как виляющий танец пчел, заставило меня задуматься, как их крошечный мозг обнаруживает, объединяет и представляет всю сенсорную информацию, необходимую им для выживания.

Есть ли у жуков-бродяг такие особые способности?

Да. В брюшной полости у них есть удивительная железа химической защиты. Всякий раз, когда на них нападают хищники, они сгибают брюшко и размазывают содержимое этой железы по угрозе. Железа выделяет токсичные химические вещества, которые удерживают хищников от их убийства.

Было бы здорово привести этого таланта в ночной клуб! Является ли эта особенность стафилина причиной вашего интереса к работе с ними?

Да, частично. Никто никогда не заглядывал в мозг этих жуков. Мы впервые исследуем их нервную систему и думаем, что эта новая система будет действительно полезной для понимания нейробиологии того, как насекомые взаимодействуют с другими видами. Еще одна причина, по которой этих жуков так интересно изучать, заключается в том, что у нас есть потенциал изучить, как их нервная система развилась, чтобы обеспечить новые поведенческие взаимодействия между видами.

Как узнать, как мозг жука-бродяги интерпретирует окружающую среду?

В настоящее время мы рассматриваем этот вопрос двояко. Во-первых, мы можем многое узнать о мозге стафилина с помощью поведенческих наблюдений в сочетании с генетическими манипуляциями с типами нервных клеток. Сначала мы разрабатываем в лаборатории специальные арены для количественной оценки поведения жуков. Например, на одной арене жуков привязывают к плавающему шару — это все равно, что ходить по беговой дорожке, — и мы постепенно представляем им хищного муравья и наблюдаем, что происходит. Благодаря множеству камер, окружающих жука, подобные эксперименты позволяют нам использовать стереотипный и количественный метод с очень высоким разрешением для изучения поведения жука во время взаимодействия с другими видами. Мы также построили арены, где стафилинисты и другие насекомые могут свободно бродить в трехмерной среде, и наблюдаем, как они взаимодействуют. Большую часть времени в лаборатории я провожу за просмотром остросюжетного реалити-шоу о жуках. Он полон загадок о том, что произойдет, когда жук встретит другой организм, и какие сигналы из окружающей среды необходимы, чтобы вызвать его реакцию. Затем мы используем генетические инструменты, чтобы заставить замолчать определенные нейроны, например те, которые необходимы жуку для обоняния, и наблюдать, как это меняет их способность различать другие виды и взаимодействовать с ними.

Второй способ исследовать мозг жуков — составить карту архитектуры их нервной системы. Конечно, это нужно делать под микроскопом, потому что они такие крошечные. В дни вскрытий мы воздерживаемся от кофе и чая, потому что даже малейшее дрожание рук может испортить результаты вскрытия. Но сделав это, мы сможем заглянуть внутрь их головного мозга и эквивалента спинного мозга, чтобы определить структуру ключевых областей, которые могут обнаруживать и обрабатывать сенсорные сигналы от организмов, с которыми они взаимодействуют. Мы особенно хотим наметить обонятельные и вкусовые области их мозга, поскольку подозреваем, что эти области действительно важны для обнаружения хищников и добычи. В конечном итоге мы планируем использовать генетические инструменты и индикаторы флуоресценции, чтобы считывать активность нейронов мозга жуков в ответ на сенсорные сигналы других видов. Это позволит нам увидеть, какие сигналы наиболее значимы и как мозг кодирует информацию о других организмах.

Почему вы хотели поступить в Калифорнийский технологический институт в качестве постдока?

Меня заинтриговали жуки и привлекла наука, происходящая в лаборатории Джо. Проведя аспирантуру, изучая, как личинки плодовых мух используют запах и вкус для поиска пищи, я был рад изучить, как эти сигналы позволяют организмам взаимодействовать друг с другом: по сути, как мозг координирует сложные поведенческие взаимодействия. Кроме того, перспектива работы над новой системой, с помощью которой я мог бы изучать поведение животных в экологическом контексте, была очень захватывающей.

На самом деле, учитывая то, как начинался мой постдок, мой интерес к изучению поведения оказался очень удобным. Я начал работать в Калифорнийском технологическом институте в феврале 2020 года и провел в лаборатории всего несколько недель, прежде чем пандемия закрыла нас. Примерно через месяц после изоляции я начал выходить и собирать насекомых. Я взял из лаборатории фотоаппарат, небольшую сцену и коробку стафилина. Затем большую часть пандемии я провел, записывая 20-минутные видеоролики о взаимодействии насекомых на кухонном столе. Я использовал программное обеспечение машинного зрения, чтобы отслеживать их поведение, и начал понимать, каков был день из жизни этих жуков. Жуки проводили очень мало времени, взаимодействуя с потенциально опасными видами, предпочитая сгибать брюшко или убегать во время близких столкновений. Между тем, жуки потратили гораздо больше времени на изучение видов, которые не представляли угрозы, используя свои усики для обнаружения организмов. Так как же жуки различают эти разные виды? Это потому, что они пахнут иначе, выглядят иначе, двигаются иначе, чем хищники, или это какая-то комбинация всего этого? Очевидно, что проведение этого различия имеет решающее значение для их выживания, и жукам приходится избирательно выбирать, когда использовать свои химические вещества против потенциальных хищников, поскольку в любой момент их запасы ограничены.

Премия L'Oréal поддерживает ваши исследования, но также призвана помочь девочкам и женщинам в сфере STEM. Как вы будете работать над достижением этой цели?

Я очень рад использовать эту награду для развития информационно-просветительских семинаров на стыке науки и исполнительского искусства. Я начал сотрудничать с некоторыми местными танцевальными группами в районе Лос-Анджелеса, и мы разрабатываем семинары по нейробиологии танца, которые будут ориентированы на малообеспеченные сообщества в Пасадене и пригородах Лос-Анджелеса. Наша цель — использовать танец как способ заинтересовать учащихся средних и старших классов и узнать о мозге, о том, как он воспринимает мир и координирует творческие движения. Я также буду использовать средства для найма и поддержки молодой женщины-исследователя, которая будет работать вместе со мной над моими исследовательскими проектами в лаборатории. Я надеюсь предоставить ей наставничество и поддержку в карьере, необходимые для успешного перехода в аспирантуру и успешной карьеры в науке.