Влияние интенсивной локомоции на поисковое поведение модельных беспозвоночных в новой среде: роль серотонина тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Межерицкий Максим Игоревич

• Межерицкий Максим Игоревич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Межерицкий Максим Игоревич

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность и современное состояние проблемы

Цель и задачи исследования

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Поведенческие и нейрофизиологические эффекты интенсивной

локомоции

Позвоночные животные

Беспозвоночные животные

1.2 Серотонин у позвоночных и беспозвоночных животных: общие сведения

1.3 Серотонин и локомоция

Позвоночные животные

Беспозвоночные животные

1.4 Участие серотонина в модуляции поведения в связи с интенсивной

локомоцией

Позвоночные животные

Беспозвоночные животные

Глава 2. Материалы и методы

2.1 Модельный объект прудовик Ьушпава

2.1.1 Тест система для проверки влияния интенсивной локомоции и фармакологических воздействий на поведение Ьушпава $1а£паИ$ в новой

среде в ситуации выбора

Активация интенсивной локомоции у Ьушпава $1а£паИ$

Метод изучения поведения Ьушпава $1а£паИ$ на экспериментальной арене в ситуации выбора (неопределенности)

2.1.2 Методика для оценки влияния стресса на поведение прудовика в условиях выбора

2.1.3 Фармакологические эксперименты на прудовике

2.1.4 Измерение содержания серотонина и его метаболитов в педальном и церебральном ганглии прудовика

2.1.5 Оценка электрической активности нейронов педального кластера

2.1.6 Статистическая обработка результатов

2.2. Модельный объект сверчок ОтуИыъ ЫшасыШш

2.2.1 Методика вызванного полета

2.2.2. Исследования поискового поведения (фонотаксиса) у сверчка О. ЫшасыШш

2.2.3. Фармакологические эксперименты

2.2.4. Оценка поведенческих параметров

2.2.5. Статистическая обработка результатов

Глава 3. Результаты и обсуждение

3.1. Влияние интенсивной локомоции на поведение моллюска Ьушпава в новой среде: участие серотонина

3.1.1 Отставленные во времени поведенческие эффекты интенсивной локомоции у Ьушпава

3.1.2 Влияние стрессового воздействия на поведение улиток в ситуации выбора

3.1.3 Быстрое и отставленное влияние интенсивной локомоции на электрическую активность серотонинергических нейронов PeA кластера

3.1.4 Быстрое и отставленное влияние интенсивной локомоции на содержание серотонина в педальных и церебральных ганглиях

3.1.5 Зависимость поведения улитки в новой среде (на сухой арене) от

фармакологических вмешательств в функционирование серотонинергической системы

Обсуждение результатов, полученных на Lymnaea stagnalis

3.2. Влияние интенсивной локомоции (полета) на поведение сверчка Gryllus bimaculatus в новой среде: возможное участие серотонина

3.2.1 Влияние вызванного полета на фонотаксис

3.2.2 Влияние предшественника серотонина на поведение сверчка Gryllus bimaculatus в новой среде

Обсуждение результатов, полученных на Gryllus bimaculatus

Глава 4. Заключение

Выводы

Список публикаций автора

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние интенсивной локомоции на поисковое поведение модельных беспозвоночных в новой среде: роль серотонина»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность и современное состояние проблемы

В современной трансляционной нейробиологии большое внимание уделяется поведенческой модуляции когнитивных функций и эмоционального состояния. Известно, что у человека и других млекопитающих двигательная активность улучшает некоторые виды памяти и обучения [Anderson et al., 2000], а также играет важную роль в повышении производительности в различных когнитивных задачах, требующих усилий [Laurence et al., 2015]. Было обнаружено, что интенсивная локомоция (бег) стимулирует нейрогенез, синаптогенез и ангиогенез в мозге млекопитающих, влияя на активность нейромодуляторных и нейротрофических систем. Показано, что после моторной нагрузки повышается секреция серотонина и нейротрофического фактора мозга [Pietrelli et al., 2018], инсулиноподобного фактора роста-1 [Trejo et al., 2001] и фактора роста эндотелия сосудов [Fabel et al., 2003].

В отличие от значительного количества данных, полученных на позвоночных, о том, какое влияние оказывает двигательная активность на поведение и функционирование нервной системы у животных, принадлежащих к другим таксономическим группам, известно мало. Существуют единичные исследования, выполненные на сверчке Gryllus bimaculatus и улитке Lymnaea stagnalis, в которых были обнаружены такие эффекты интенсивной локомоции, как повышение вероятности выигрыша в драках, улучшение распознавания призывного сигнала конспецифика, стимулирование репродуктивного поведения и облегчение принятия решения в новых условиях [Sergejeva, Popov, 1994; Korshunova et al., 2016]. На других модельных беспозвоночных организмах, Drosophila melanogaster и Caenorhabditis elegans, было и также найдено оптимизирующее влияние двигательной нагрузки на функционирование ряда систем организма, включая нервную [Sujkowski, Wessells, 2018; Laranjeiro et al., 2019]. Биологический смысл эффектов интенсивной двигательной активности и у

позвоночных, и у беспозвоночных на сегодняшний день остается неясным, хотя и обсуждаемым в психологической и биологической литературе предметом. Действительно, его понимание важно не только для фундаментальной науки, но и для трансляционных медицинских исследований.

Дьяконовой В.Е. была высказана гипотеза о том, что интенсивная локомоция активирует биологические механизмы адаптации и преадаптации к новым условиям среды. Это представление предполагает, что важные для адаптации и выживания в новой среде эффекты (поведенческие следствия) двигательной активности могли иметь место уже на ранних этапах эволюции животных. Гипотеза является связующим теоретическим базисом двух частей данного исследования, выполненного на двух далеких в систематическом отношении видах беспозвоночных животных: моллюске Lymnaea stagnalis (Gastropoda, Mollusca, Lophotrochozoa) и насекомом - сверчке Gryllus bimaculatus (Insecta, Arthropoda, Ecdysozoa), которые являются классическими модельными объектами нейроэтологии. В работе исследовано влияние видоспецифичной интенсивной локомоции на последующее поисковое поведение в новых условиях у этих видов. Предпринята попытка проверить предположение о том, что эффекты интенсивной локомоции могут иметь общий нейрохимический базис у далеких в эволюционном отношении животных: исследована роль филогенетически древнего нейротрансмиттера и нейромодулятора серотонина (5 -HT), который участвует в регуляции локомоции, когнитивных функций и социального поведения у многих типов животных.

Цель и задачи исследования

Цель работы: исследовать влияние предшествующей двигательной активности на поисковое поведение в новых условиях у представителей двух групп первичноротых животных большого прудовика Lymnaea stagnalis и сверчка Gryllus bimaculatus и оценить участие серотонина в реализации данных эффектов.

Задачи

1. Оценить длительность эффектов интенсивной локомоции на поисковое поведение у моллюска Lyшnaвa stagnalis и сравнить эффекты двигательной активности с влиянием острого стресса, не связанного с локомоторной мышечной активностью.

2. Оценить метаболические и биофизические (электрические) изменения в серотонинергической системе, связанные с интенсивной локомоцией, и исследовать возможную роль серотонина в обеспечении поведенческих эффектов двигательной активности в новой среде (в ситуации выбора) у Lyшnaвa stagnalis.

3. Оценить влияние интенсивной локомоции (полет) на поисковое поведение (фонотаксис) сверчка Отyllыs bшacыlatыs в новой среде.

4. Исследовать роль серотонина в обеспечении поведенческих эффектов полета на фонотаксис у сверчка Оту1Ы bшacыlatыs.

Научная новизна полученных результатов

Исследовано влияние видоспецифичной интенсивной локомоции на последующее поисковое поведение в новой среде у далеких в систематическом отношении беспозвоночных животных. Впервые показано облегчение принятия решения в условиях выбора (выбор направления движения) у моллюска Ьушшва stagnalis в новой среде через 2 часа после прекращения интенсивной локомоции. Продемонстрировано различие эффектов, связанных с острым стрессом и локомоторной нагрузкой, на поисковое поведение в новых условиях. Обнаружены сопутствующие изменения в электрической активности серотонинергических нейронов и метаболизме серотонина, специфичные для разных отделов мозга моллюска. Показано, что серотонин вовлечен в общее ускорение моторного поведения в новых условиях, что частично воспроизводит эффект интенсивной локомоции у Ь. stagnalis. Впервые в исследованиях на насекомом, сверчке Оту1Ы bшacыlatыs, показано, что интенсивная локомоция (полет) усиливает последующий наземный фонотаксис как у самок, так и у самцов. Показано, что у

сверчка Gryllus bimaculatus серотонин воспроизводит действие предшествующего полета на усиление фонотаксиса.

Научная и практическая значимость работы

В работе представлены данные, указывающие на то, что предшествующая интенсивная локомоция может повышать адаптивность поведения в новых условиях у беспозвоночных животных. Данные результаты делают вероятной гипотезу о том, что положительные эффекты двигательной активности, связанные с функционированием ЦНС, имеют эволюционно консервативный характер. У прудовика L. stagnalis показана роль серотонина в эффектах локомоторной нагрузки на ускорение развертывания поисковой поведенческой программы на сухой поверхности в условиях, опасных для выживания животного. Показано, что часть эффектов интенсивной локомоции сохраняется как минимум спустя два часа после ее прекращения. Эффекты интенсивной локомоции отличны от влияния острого стресса, вызванного попаданием моллюска в турбулентное течение воды. С использованием специально сконструированной экспериментальной арены впервые показано, что полет у сверчка G. bimaculatus модулирует его поисковое, половое и социальное поведение, усиливая фонотаксис, что является важным для выживания при попадании в новую среду. Показано, что серотонин необходим для проявления этого эффекта, так подавление его синтеза снимает эффект полета, а стимуляция синтеза, напротив, воспроизводит влияние полета на фонотаксис. Таким образом, выявлено сходное нейрохимическое звено в механизме влияния интенсивной локомоции на последующее поведение у далеких в систематическом отношении животных в новой среде. Знание поведенческих и моноаминергических механизмов повышения адаптивности поведения в изменяющихся условиях может помочь в понимании физиологии психопатологических проявлений и их профилактике. Результаты работы могут быть использованы в образовательных курсах высшей

школы и программах повышения квалификации специалистов в области физиологии.

Основные положения, выносимые на защиту

1. У обоих исследованных видов первичноротых животных, моллюска Lymnaea stagnalis и сверчка Gryllus bimaculatus, предшествующая интенсивная локомоция облегчает целенаправленное поисковое поведение в новой среде, вовлекая серотонинергические механизмы.

2. Влияние предшествующей интенсивной локомоции на поисковое поведение прудовика L. stagnalis имеет протяженный во времени эффект, проявляющийся на поведенческом, клеточном (нейрональном) и метаболическом уровнях. Серотонин воспроизводит повышение локомоторной активности в новой среде, вызванное интенсивной локомоцией.

3. Предшествующий полет стимулирует поиск конспецифика у сверчка Gryllus bimaculatus в новой среде. Серотонин играет важную роль в нейрофизиологических механизмах, связанных с усилением поискового поведения.

Степень достоверности и апробация работы

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием методик и протоколов, опубликованных в международных рецензируемых журналах. Все данные получены благодаря экспериментам, дизайн которых соответствует современным правилам проведения исследований: от использования контрольных групп до статистической обработки результатов.

Результаты исследований были представлены на российских и международных симпозиумах: VIII Международная конференция по когнитивной науке (Светлогорск, 2018); конференции с международным участием: «Физиология и биохимия сигнальных систем», посвященная 100-летию со дня рождения академика Т.М. Турпаева" (Москва, 2018); 11th FENS Forum of

Neuroscience (Берлин, Германия, 2018); «Limitless! Augmentation of Brain Function» (Швейцария, 2018); EMBO|EMBL Symposium: Probing Neural Dynamics with Behavioural Genetics (Гейдельберг, Германия, 2019), Когнитивная наука в Москве: новые исследования (Москва, 2019); II научная конференция «Ориентация и навигация животных» (Москва, 2019); XVIII Конференция-школа с международным участием с темой «Актуальные проблемы биологии развития» 2019; National Congress on Cognitive Research, Artificial Intelligence and Neuroinformatics (Москва, 2020); Конференция молодых ученых «Актуальные проблемы биологии развития» (Москва, 2021).

Работа была выполнена при поддержке грантов

РФФИ №17-29-07029; РФФИ № 19-04-00628

Личный вклад автора

Все поведенческие эксперименты и эксперименты с фармакологическими веществами были выполнены и проанализированы соискателем лично. Электрофизиологические эксперименты проведены совместно с Дьяконовой В.Е. (ИБР РАН, Москва). Высокоэффективная жидкостная хромотография выполнена совместно с Aonuma H. (CREST, Сайтама, Япония). Арена для изучения фонотаксиса сверчков разработана совместно с Д.Н. Лапшиным (ИППИ РАН) и Д.Д. Воронцовым (ИБР РАН). Автор лично учувствовал в апробации полученного материала и подготовке публикаций по выполненной работе.

Публикации

По теме работы опубликовано 3 статьи в международных рецензируемых журналах первого квартиля.

Структура и объем работы

Работа состоит из стандартных разделов: введение, обзор литературы, материалы и методы, результаты и обсуждение, заключение, выводы. Работа изложена на 120 страницах, имеет 25 рисунков и 1 таблицу. Список литературы содержит 186 источников.

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Поведенческие и нейрофизиологические эффекты интенсивной

локомоции

Позвоночные животные

Показано, что разнообразная физическая активность (ходьба, бег, силовые упражнения), улучшает такие когнитивные проявления как ассоциативное обучение, пространственную и моторную память, служит профилактикой нейродегенеративнях заболеваний и т.п., как у человека, так и на животных моделях [Mes et al., 2020; Valenzuela et al., 2020]. Часть эволюционных антропологов даже отмечают положительную связь между уникальной способностью человека к длительной двигательной активности (ходьба, бег) со стремительным эволюционным развитием мозга и когнитивных способностей [Hill, Polk, 2019].

В 2020 году в Behavior Brain Reasearch вышла статья [da Costa et al., 2020], в который приводится систематический обзор и мета-анализ влияния моторной нагрузки на мозг и поведение здоровых, а также модельных мышей с деменцией и болезнью Паркинсона. Поиск статей проводился по электронным базам данных Medline и Scopus за 2008-2019 годы. Сопоставив результаты исследований, авторы пришли к выводу, что моторная нагрузка, такая как бег, действительно улучшает обучение и память животных. На нейрофизиологическом уровне мета -анализ показал, что физическая нагрузка повышает содержание нейротрофического фактора мозга (BDNF) как у здоровых мышей, так и у модельных мышей с деменцией и болезнью Паркинсона. Было отмечено увеличение и тирозинкиназных рецепторов (TrkB) у здоровых мышей и мышей с болезнью Паркинсона. Нейрогенез также усиливался у здоровых и трансгенных мышей с деменцией после бега. Следствием моторной нагрузки стало также уменьшение количества амилоидных бляшек у дементных моделей.

Интересно, что многие когнитивные эффекты моторной нагрузки сохраняются и у потомков тренировавшихся животных. Так, многократно показано, что

пренатальная физическая активность самок грызунов улучшает память у потомства [Akhavan et al., 2008; Robinson, Bucci, 2014], усиливает нейрогенез в гиппокампе и экспрессию нейротрофического фактора мозга [Gomes da Silva et al., 2016], а также снижает тревожность. В недавнем исследовании сообщалось, что активное моторное поведение самцов мышей снизило тревожность у потомства [Short et al., 2017]. Также были идентифицированы три микроРНК (miR-19b, miR-455, miR-133a) и две тРНК (тРНК-Gly и тРНК-Pro) в сперме самцов (F0), вероятнее всего оказавшие влияние на посттранскрипционную регуляцию генов, которые, изменили траекторию развития мозга и последующее аффективное поведение потомства (самцов F1). Экспрессия 76 генов (9,0%) была повышена в сперме самцов, бегающих в колесе, в то время как 8 генов (0,9%) имели пониженную экспрессию.

Обширная работа [McGreevy et al., 2019] убедительно подтверждает передачу эффектов локомоторной активности от самцов грызунов к следующему поколению. Эти эффекты включают в себя облегчение решения непространственных и пространственных когнитивных задач, нейрогенез и повышение активности митохондрий в гиппокампе. При этом никаких изменений в метилировании ДНК в половых клетках самцов F0 после бега обнаружено не было. Авторы предполагают, что возможный механизм эпигенетического наследования связан с деятельностью микроРНК.

В недавней обзорной статье [Yang et al., 2021] были собраны данные 52 исследований (4786 грызунов) для количественной оценки передачи воздействия физических упражнений на мозг и когнитивные способности от родителей следующему поколению. Используя многоуровневый метааналитический подход, авторы обнаружили, что, в целом, родительские упражнения показали тенденцию к увеличению мозга их потомков на 12,7%, вероятно, за счет значительного усиления нейрогенеза. Такие изменения в анатомии нервной системы сопровождались значительным улучшением когнитивного поведения (улучшение обучения и памяти, а также снижение тревожности). Было показано, что

положительные эффекты упражнений зависят от нескольких факторов: пол родителей, пол и возраст детенышей, режим и время выполнения упражнений. В частности, родительские принудительные упражнения оказались более эффективны в улучшении нейрокогнитивных функций потомства, чем произвольные. Также, наблюдался больший эффект, когда животные подвергались физической нагрузки еще до беременности. Однако упражнения во время беременности также имели положительный эффект. Двигательная активность родителей значительно повышает у потомства уровень нейротрофического фактора головного мозга (BDNF), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) и снижает метилирование ДНК гиппокампа.

Беспозвоночные животные

У нематоды Caenorhabditis elegans показано, что однократное интенсивное плавание продолжительностью 90 минут демонстрирует признаки, схожие с эффектами двигательной нагрузки у млекопитающих, такие как мышечная усталость, снижение уровня жира в мышцах, снижение углеводного обмена и усиление митохондриального окисления [Laranjeiro et al., 2017]. Регулярная физическая нагрузка улучшает способность к обучению у C. elegans и защищает от нейродегенерации в моделях таупатии, болезни Альцгеймера и болезни Хантингтона [Laranjeiro et al., 2019].

В литературе описана польза физических упражнений для регенерации периферических нервов у грызунов [Park, Hoke, 2014]. Эти результаты сделали актуальным исследование для уточнения роли физических упражнений в восстановлении поврежденных аксонов на уровне единичного нейрона с использованием нематоды. Было обнаружено, что 90-минутного плавания после аксотомии достаточно для ускорения регенерации аксонов и функционального восстановления как на ранних, так и поздних этапах жизни C. еlegans [Kumar et al., 2021]. В данной работе были представлены прямые доказательства того, что

усиленный рост аксона в следствии физической нагрузки способствует функциональному восстановлению.

На другом беспозвоночном животном моллюске Lymnaea stagnalis было показано, что предшествующая интенсивная локомоция увеличивала скорость передвижения на сухой поверхности у прудовика Lymnaea stagnalis. Помимо увеличения скорости локомоции после моторной нагрузки прудовики быстрее «принимали решение» о том, в какую сторону к свету или в тень им двигаться [Korshunova et al., 2016]. Подобный эффект после двигательной нагрузки, который вероятно можно назвать когнитивным, согласуется с многочисленными данными о влиянии физических упражнений на когнитивные функции животных и человека.

Ряд положительных эффектов физической нагрузки отмечен у дрозофилы, и главный - это увеличение продолжительности жизни, возможно в связи с увеличением экспрессии гена dSir2 (кодирует эволюционно консервативные деацетилазы гистонов), а также благоприятным влиянием на мышечную, сердечно-сосудистую и нервную системы [Watanabe, Riddle, 2019].

Также у насекомых исследовали влияние интенсивной локомоции (полета) на агрессивное поведение, репродукцию и сенсорные функции. Большинство результатов получено на представителе прямокрылых - сверчке Gryllus bimacultus. В естественных условиях интенсивность проявления полета во многом зависит от места обитания. Для Gryllus bimaculatus полет характерен в течение первой недели после последней имагинальной линьки. Далее часть мышц, обеспечивающих полет, деградируют, но сверчки сохраняют способность активировать центральный генератор паттерна полета в воздушном потоке [Shiga et al., 1991; Lorenz, 2007]. Так в ряде исследований была продемонстрирована модуляция полетом последующего поведения, и выяснено какие нейрохимические механизмы лежат в ее основе [Adamo et al., 1995; Stevenson et al., 2005].

В последние 20 лет сверчки этого вида являются модельными организмами для изучения механизмов, лежащих в основе агрессивного поведения, ухаживания, фонотаксиса. Данные насекомые в качестве модельного объекта удобны для исследования. И агрессия, и ухаживание у сверчков ритуализированы и состоят из нескольких хорошо различимых этапов, что является удобным для изучения. На агрессивное поведение сверчка влияет множество факторов, в частности предшествующий опыт, такой как двигательная активность - полет или исход драки [Stevenson, Rillich, 2012].

Бои сверчков были популярным времяпрепровождением в Китае на протяжении веков [Hofmann, 1996]. Немецкие исследователи, наблюдая за этим видом развлечения, обратили внимание на частые подкидывания сверчка в воздух перед боем и предположили, что полет повышает агрессивность. Действительно, эта гипотеза нашла подтверждение в лабораторных условиях. Победа в конфликте делает особь более агрессивной и увеличивает вероятность победы при следующей встрече как у сверчков, так и у других видов животных, тогда как проигрыш действует противоположенным образом [Rutte et al., 2006; Hsu et al., 2009]. Оказалось, что полет действует подобно победе. Он увеличивал агрессию самца сверчка и время драки, повышал вероятность победы у летавшего сверчка и восстанавливал агрессивное поведения после проигрыша [Hofmann, Stevenson, 2000].

В животном мире конкуренция с конспецификами является естественным феноменом. Конкуренция происходит в основном за территорию, еду и брачных партнеров. По этой причине внутривидовая агрессия характерна для всего животного царства, от низших многоклеточных организмов до нашего вида. Таким образом, агрессию можно рассматривать как поведенческую стратегию, связанную с достижением и обладанием некоторого ограниченного ресурса.

Перед самцами сверчка, которые встретились друг с другом, возникает выбор реализации довольно ограниченного набора программ поведения: ухаживание, драка или отступление. То, какой выбор сделает самец, в значительной степени

зависит от информации, которую он получит, ощупывая конспецифика антеннами [Sakura et al., 2013]. Ощупывая антеннами, сверчок определяет пол конспецифика по липидным выделениям кутикулы [Iwasaki, Katagiri, 2008]. Если ощупываемое животное оказывается самкой, то «включается» программа ухаживания. Агрессивный антеннальный контакт между самцами (вкупе с кутикулярными феромонами) является стимулом для запуска поведения, ведущего к драке [Rillich, Stevenson, 2015].

В брачном поведении сверчка можно выделить три четко различающиеся стадии поведения. Во-первых, это призывная песня, которую транслирует самец с целью привлечения самки, затем поведение ухаживания, когда самка рядом и уже опознана и, наконец, копуляция [Alexander, 1961, 1962]. Однако призывная песня самца привлекает не только самок, а также хищников и паразитов [Gray, Cade, 1999]. Возможно, поэтому самцы зачастую пропускают первую стадию и переходят к другой стратегии - активному поиску самки.

Показано, что после полета самцы демонстрируют увеличение длительности и частоты как призывной песни, так и песни, связанной с ухаживанием; зафиксировано большее число копуляций, т.е. можно утверждать, что полет положительно коррелирует с репродуктивным успехом [Dyakonova, Krushinsky, 2008]. Однако остается вопрос о значимости данного эффекта для полового отбора в естественных условиях.

У самок была обнаружена обратная корреляция между способностью к полету и оогенезом [Lorenz, 2007; Urca et al., 2020], что рассматривалось как подтверждение гипотезы об «оогенез-полетном синдроме». Эта гипотеза предполагает обратную зависимость между интенсивной локомоцией и репродукцией, поскольку в условиях ограниченных энергетических ресурсов инвестирование в одну из энергоемких программ приведет к снижению энергетического обеспечения другой. Экспериментальные данные, полученные на разных видах насекомых, не во всех случаях подтвердили это предположение.

Существуют также единичные данные о влиянии полета на работу сенсорных систем насекомых, проявляющемся в фонотаксисе и ответе на визуальные стимулы. У сверчков описан как положительный (в ответ на звуковые сигналы коспецификов), так и отрицательный фонотаксис, вызванный ультразвуком, характерным для эхолокации охотящихся на сверчков летучих мышей [Pollack, 2015]. Выявлен слуховой интернейрон AN2, активация которого вызывает активацию избегательного поведения. AN2 получает прямые входы от первичных рецепторов, настроенных на ультразвук [Marsat, Pollack, 2012], и влияет на ряд нейронов головного мозга, в том числе с нисходящей иннервацией к ганглиям, управляющим локомоцией. Другой тип интернейронов первого порядка, называемый AN1, связан с положительным фонотаксисом на звуковые сигналы своего вида. Хотя и первичные рецепторные нейроны, и интернейрон AN1 реагируют на стимулы, имеющие довольно широкий диапазон характеристик, признаки видовой избирательности выявлены даже на этих ранних уровнях обработки.

Исследования обнаружили различия между реакциями сенсорных нейронов у находящихся в покое и движущихся насекомых. У мясной мухи, было показано изменение настройки визуальных нейронов, реагирующих на движение во время полета [Junget al., 2011]. В условиях вызванного полета у самок сверчка была выявлена более тонкая настройка слуховых нейронов на видоспецифичные сигналы, чем в условиях наземной локомоции [Sergejeva, Popov, A.V, 1994]. Влияние полета на поисковое поведение - фонотаксис, который является частью брачного поведения и помогает насекомому ориентироваться в новых условиях, до результатов, приведенных в данной диссертационной работе, оставалось неизвестным.

1.2 Серотонин у позвоночных и беспозвоночных животных: общие

сведения

Серотонин (5-гидрокситриптамин, 5-HT) — эволюционно-древний нейромедиатор, который относится к биогенным аминам и модулирует поведенческие функции у разных типов животных [Gillette, 2006]. Биосинтез 5-HT начинается с триптофана, незаменимой аминокислоты. Фермент триптофан гидроксилаза (TPH), кодируемый геном триптофан гидроксилаза - 2 в центральной нервной системе, сначала добавляет гидроксильную группу к триптофану, образуя 5-гидрокситриптофан (5-HTP). Затем 5-HTP превращается в 5-HT посредствам 5-HTP декарбоксилазы (также называемой декарбоксилазой ароматических аминокислот или AAD) в присутствии пиридоксальфосфата (активного метаболита витамина В6). Моноаминоксидаза - А (МАО-А) основной фермент, катализирующий деградацию (окислительное дезаминирование) моноаминов, в частности серотонина с образованием 5-оксииндолуксусной кислоты и других катаболитов.

Как у позвоночных, так и у беспозвоночных животных серотонин вовлечен в реализацию множества различных поведенческих и нейрофизиологических функций, таких как контроль локомоции и пищевого поведения, реакция на стресс, модуляция тревожных и депрессивных состояний, социальные взаимодействия, сон и циркадные ритмы [Bacque-Cazenave et al., 2020].

Серотонин также вовлечен в модуляцию широкого спектра физиологических проявлений организма: иммуномодуляцию, гемопоэз, репродукцию и пищеварение [Dube, Amireault, 2017; Maroteaux, Kilic, 2019].

Несмотря на эволюционное расстояние между млекопитающими и беспозвоночными, серотонинергическая система проявляет консервативность на молекулярном уровне. Так выявленные 5-HT рецепторы (семейства: 5-HT1, 5-HT2, 5-HT4, 5-HT6 и 5-HT7) у беспозвоночных гомологичны рецепторам млекопитающих [Tierney et al., 2018].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Межерицкий Максим Игоревич, 2022 год

Список литературы

1. Ваколюк И.А., Жуков В.В. Изучение фоторецепции Lymnaea stagnalis по проявлениям фототаксиса // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. -2000. - Т. - 36. - № 5. - 419-423.

2. Дьяконова Т.Л. Взаимодействие опиоидных пептидов и моноаминов в механизме управления респираторным поведением легочного моллюска: Анализ на изолированных нейронах // ДАН.- 1989. - Т. 308. - С. 1264-1269.

3. Дьяконова В. Е. Поведенческие функции серотонина и октопамина: некоторые парадоксы сравнительной физиологии // Успехи физиологических наук. - 2007. - Т. 38. - №. 3. - С. 3-20.

4. Дьяконова В. Е., Крушинский А. Л., Щербакова Т. Д. Эволюционные и нейрохимические предпосылки влияния двигательной активности на когнитивные функции //В сб.: Когнитивная наука в Москве: новые исследования. Материалы конференции. - 2013. - Т. 19. - С. 113-117.

5. Каботянский Е. А., Сахаров Д. А. Нейрональные корреляты серотонин-зависимого поведения крылоногого моллюска клиона // Журн. высш. нерв. деят. -1990. - Т. 40. - №. 4. - С. 739.

6. Лучинский А. Руководство по трём видам стадных саранчовых на Кавказе и в Центральной Азии. Биология, экология и поведение. ФАО. 2020. Рим. https://doi.org/10.4060/cb0879ru

7. Озерский П. В., Попов А. В. Призывные сигналы сверчков GryПus ЫшасиМш (Orthoptera, Огу1Ыае) // Зоол. журн. - 1996. - Т. 75. - №. 11. - С. 16311643.

8. Павлова Г.А. Скорость скольжения пресноводного брюхоногого моллюска определяется его мышечной активностью // ДАН. - 2006. - Т. 410. - С. 127-129.

9. Сидоров А. В. Особенности строения и методики изучения поведения Lymnaea stagnalis : метод. указания // Минск : БГУ, 2017. - 15 с.

10. Чистопольский И.А., Сахаров Д.А. Активация серотонинергических нейронов метаболическим предшественником серотонина: эффект ингибитора триптофандекарбоксилазы // ДАН. - 2000. - Т. 372. - С. 129-131

11. Яковлев И. К. Действие октопамина на агрессивное поведение рыжих лесных муравьев //Журнал высшей нервной деятельности им. ИП Павлова. - 2016. - Т. 66. - №. 6. - С. 730-741.

12. Adamo S. A., Linn C. E., Hoy R. R. The role of neurohormonal octopamine during'fight or flight'behaviour in the field cricket Gryllus bimaculatus //The Journal of experimental biology. - 1995. - v. 198. - №. 8. - p. 1691-1700.

13. Akhavan M. M. Emami-Abarghoie M, Safari M, Sadighi-Moghaddam B, Vafaei AA, Bandegi AR, Rashidy-Pour A. Serotonergic and noradrenergic lesions suppress the enhancing effect of maternal exercise during pregnancy on learning and memory in rat pups //Neuroscience. - 2008. - v. 151. - №. 4. - p. 1173-1183.

14. Alexander R. D. Aggressiveness, territoriality, and sexual behavior in field crickets (Orthoptera: Gryllidae) //Behaviour. - 1961. - p. 130-223.

15. Alexander R. D. Evolutionary change in cricket acoustical communication //Evolution. - 1962. - v. 16. - №. 4. - p. 443-467.

16. Alekseyenko O. V., Lee C., Kravitz E. A. Targeted manipulation of serotonergic neurotransmission affects the escalation of aggression in adult male Drosophila melanogaster //PloS one. - 2010. - v. 5. - №. 5. - p. e10806.

17. Alvarez F. J. et al. Distribution of 5-hydroxytryptamine-immunoreactive boutons on a-motoneurons in the lumbar spinal cord of adult cats //Journal of Comparative Neurology. - 1998. - v. 393. - №. 1. - p. 69-83.

18. Anderson B. J, Rapp DN, Baek DH, McCloskey DP, Coburn-Litvak PS, Robinson JK. Exercise influences spatial learning in the radial arm maze //Physiology & behavior. - 2000. - v. 70. - №. 5. - p. 425-429.

19. Angstadt J. D, Grassmann JL, Theriault KM, Levasseur SM. Mechanisms of postinhibitory rebound and its modulation by serotonin in excitatory swim motor neurons of the medicinal leech //Journal of comparative physiology A. - 2005. - v. 191.

- №. 8. - p. 715-732.

20. Anstey M. L., Rogers SM, Ott SR, Burrows M, Simpson SJ. Serotonin mediates behavioral gregarization underlying swarm formation in desert locusts //science. - 2009. - v. 323. - №. 5914. - p. 627-630.

21. Aonuma H., Watanabe T. Octopaminergic system in the brain controls aggressive motivation in the ant, Formica japonica //Acta Biologica Hungarica. - 2012.

- v. 63. - №. Supplement-2. - p. 63-68.

22. Aonuma H., Totani, Y., Sakakibara, M., Lukowiak, K., and Ito, E. Comparison of brain monoamine content in three populations of Lymnaea that

correlates with taste-aversive learning ability //Biophysics and physicobiology. - 2018.

- v. 15. - p. 129-135.

23. Aonuma H., Mezheritskiy M, Boldyshev B, Totani Y, Vorontsov D, Zakharov I, Ito E, Dyakonova V. The role of serotonin in the influence of intense locomotion on the behavior under uncertainty in the mollusk Lymnaea stagnalis //Frontiers in physiology. - 2020. - v. 11. - p. 221.

24. Arshavsky Y.I., Deliagina T.G., Gelfand I.M., Orlovsky G.N., Panchin Y.V., Pavlova G.A., Popova L.B. Non-synaptic interaction between neurons in mollusks. // Comp. Biochem. Physiol. - 1988. - v. 91. - p. 199-203.

25. Atkins G., Yoon, J., Lee, K., Koo, R., Chung, K., Zdor, J., Navia, B. Nanoinjection of neurotransmitters into the prothoracic ganglion of female cricket Acheta domesticus changes phonotactic selectivity //Physiological Entomology. - 2020.

- v. 45. - №. 4. - p. 131-139.

26. Audero E., Mlinar, B., Baccini, G., Skachokova, Z. K., Corradetti, R. and Gross, C. Suppression of serotonin neuron firing increases aggression in mice //Journal of Neuroscience. - 2013. - v. 33. - №. 20. - p. 8678-8688.

27. Bacqué-Cazenave J., Bharatiya R, Barrière G, Delbecque JP, Bouguiyoud N, Di Giovanni G, Cattaert D, De Deurwaerdère P. Serotonin in animal cognition and behavior //International journal of molecular sciences. - 2020. - v. 21. - №. 5. - p. 1649.

28. Becnel J., Johnson O, Luo J, Nassel DR, Nichols CD. The serotonin 5-HT7Dro receptor is expressed in the brain of Drosophila, and is essential for normal courtship and mating //PloS one. - 2011. - v. 6. - №. 6. - p. e20800.

29. Benichou O., Loverdo, C., Moreau, M. and Voituriez, R. Intermittent search strategies //Reviews of Modern Physics. - 2011. - v. 83. - №. 1. - p. 81.

30. Bielecki J., Nachman G., Garm A. Swim pacemaker response to bath applied neurotransmitters in the cubozoan Tripedalia cystophora //Journal of Comparative Physiology A. - 2013. - v. 199. - №. 9. - p. 785-797.

31. Blenau W., Baumann A. Molecular and pharmacological properties of insect biogenic amine receptors: lessons from Drosophila melanogaster and Apis mellifera //Archives of Insect Biochemistry and Physiology: Published in Collaboration with the Entomological Society of America. - 2001. - v. 48. - №. 1. - p. 13-38.

32. Bowker R. M., Westlund K. N., Coulter J. D. Serotonergic projections to the spinal cord from the midbrain in the rat: an immunocytochemical and retrograde transport study //Neuroscience letters. - 1981. - v. 24. - №. 3. - p. 221-226.

33. Brustein E., Chong M, Holmqvist B, Drapeau P. Serotonin patterns locomotor network activity in the developing zebrafish by modulating quiescent periods //Journal of neurobiology. - 2003. - v. 57. - №. 3. - p. 303-322.

34. Bubak A. N., Renner K. J., Swallow J. G. Heightened serotonin influences contest outcome and enhances expression of high-intensity aggressive behaviors //Behavioural brain research. - 2014. - v. 259. - p. 137-142.

35. Bubak A. N., Yaeger JD, Renner KJ, Swallow JG, Greene MJ. Neuromodulation of nestmate recognition decisions by pavement ants //PloS one. -2016. - v. 11. - №. 11. - p. e0166417.

36. Bubak A. N., Watt MJ, Yaeger JDW, Renner KJ, Swallow JG. The stalk-eyed fly as a model for aggression-is there a conserved role for 5-HT between vertebrates and invertebrates? //Journal of Experimental Biology. - 2020. - v. 223. - №. 1. - p. jeb132159.

37. Bunin M. A., Wightman R. M. Paracrine neurotransmission in the CNS: involvement of 5-HT //Trends in neurosciences. - 1999. - v. 22. - №. 9. - p. 377-382.

38. Carrillo M., Ricci, L. A., Coppersmith, G. A. and Melloni, R. H.The effect of increased serotonergic neurotransmission on aggression: a critical meta-analytical review of preclinical studies //Psychopharmacology. - 2009. - v. 205. - №. 3. - p. 349368.

39. Cases O., Seif I, Grimsby J, Gaspar P, Chen K, Pournin S, Müller U, Aguet M, Babinet C, Shih JC. Aggressive behavior and altered amounts of brain serotonin and norepinephrine in mice lacking MAOA //Science. - 1995. - v. 268. - №. 5218. - p. 1763-1766.

40. Cazalets J. R., Sqalli-Houssaini Y., Clarac F. Activation of the central pattern generators for locomotion by serotonin and excitatory amino acids in neonatal rat //The Journal of physiology. - 1992. - v. 455. - №. 1. - p. 187-204.

41. Certel S. J, Leung A, Lin CY, Perez P, Chiang AS, Kravitz EA. Octopamine neuromodulatory effects on a social behavior decision-making network in Drosophila males //PloS one. - 2010. - v. 5. - №. 10. - p. e13248.

42. Chand D., Lovejoy D. A. Stress and reproduction: controversies and challenges //General and comparative endocrinology. - 2011. - v. 171. - №. 3. - p. 253257.

43. Chazal G., Ralston Iii H. J. Serotonin-containing structures in the nucleus raphe dorsalis of the cat: An ultrastructural analysis of dendrites, presynaptic dendrites, and axon terminals //Journal of Comparative Neurology. - 1987. - T. 259. - №. 3. - p. 317-329.

44. Chistopol'skii I. A., Sakharov D. A. Non-synaptic integration of the cell bodies of neurons into the central nervous system of the snail //Neuroscience and behavioral physiology. - 2003. - v. 33. - №. 3. - p. 295-300.

45. Choi SH, Bylykbashi E, Chatila ZK, Lee SW, Pulli B, Clemenson GD, Kim E, Rompala A, Oram MK, Asselin C, Aronson J, Zhang C, Miller SJ, Lesinski A, Chen JW, Kim DY, van Praag H, Spiegelman BM, Gage FH, Tanzi RE. Combined adult neurogenesis and BDNF mimic exercise effects on cognition in an Alzheimer's mous e model //Science. - 2018. - v. 361. - №. 6406.

46. Cope E. C., Gould E. Adult neurogenesis, glia, and the extracellular matrix //Cell Stem Cell. - 2019. - v. 24. - №. 5. - p. 690-705.

47. Cotel F, Exley R, Cragg SJ, Perrier JF. Serotonin spillover onto the axon initial segment of motoneurons induces central fatigue by inhibiting action potential

initiation //Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2013. - v. 110. - №. 12. - p. 4774-4779.

48. Cotman C. W., Berchtold N. C., Christie L. A. Exercise builds brain health: key roles of growth factor cascades and inflammation //Trends in neurosciences. -2007. - v. 30. - №. 9. - p. 464-472.

49. Crisp K. M., Mesce K. A. To swim or not to swim: regional effects of serotonin, octopamine and amine mixtures in the medicinal leech //Journal of Comparative Physiology A. - 2003. - v. 189. - №. 6. - p. 461-470.

50. Cuvillier-Hot V., Lenoir A. Biogenic amine levels, reproduction and social dominance in the queenless ant Streblognathus peetersi //Naturwissenschaften. - 2006. - v. 93. - №. 3. - p. 149-153.

51. da Costa Daniele TM, de Bruin PFC, de Matos RS, de Bruin GS, Maia Chaves, C Junior, de Bruin. Exercise effects on brain and behavior in healthy mice, Alzheimer's disease and Parkinson's disease model - A systematic review and metaanalysis //Behavioural brain research. - 2020. - v. 383. - p. 112488.

52. De Almeida R. M. M., Cabral J. C. C., Narvaes R. Behavioural, hormonal and neurobiological mechanisms of aggressive behaviour in human and nonhuman primates //Physiology & behavior. - 2015. - v. 143. - p. 121-135.

53. De-Miguel F. F., Trueta C. Synaptic and extrasynaptic secretion of serotonin //Cellular and molecular neurobiology. - 2005. - v. 25. - №. 2. - p. 297-312.

54. Dingle H. Migration strategies of insects //Science. - 1972. - v. 175. - №. 4028. - p. 1327-1335.

55. Dube F., Amireault P. Local serotonergic signaling in mammalian follicles, oocytes and early embryos //Life sciences. - 2007. - v. 81. - №. 25-26. - p. 1627-1637.

56. Dunbar M. J., Tran M. A., Whelan P. J. Endogenous extracellular serotonin modulates the spinal locomotor network of the neonatal mouse //The Journal of physiology. - 2010. - v. 588. - №. 1. - p. 139-156.

57. Dyakonova V. E., Schürmann F. W., Sakharov D. A. Effects of serotonergic and opioidergic drugs on escape behaviors and social status of male crickets //Naturwissenschaften. - 1999. - v. 86. - №. 9. - p. 435-437.

58. Dyakonova V., Krushinsky A. Previous motor experience enhances courtship behavior in male cricket Gryllus bimaculatus //Journal of insect behavior. -

2008. - v. 21. - №. 3. - p. 172-180.

59. Dyakonova VE, Chistopolsky IA, Dyakonova TL, Vorontsov DD, Sakharov DA. Direct and decarboxylation-dependent effects of neurotransmitter precursors on firing of isolated monoaminergic neurons //Journal of Comparative Physiology A. -

2009. - v. 195. - №. 6. - p. 515-527.

60. Dyakonova V. E., Dyakonova T. L. Coordination of rhythm-generating units via NO and extrasynaptic neurotransmitter release //Journal of Comparative Physiology A. - 2010. - v. 196. - №. 8. - p. 529-541.

61. Dyakonova V. E., Krushinsky A. L. Serotonin precursor (5-hydroxytryptophan) causes substantial changes in the fighting behavior of male crickets, Gryllus bimaculatus //Journal of Comparative Physiology A. - 2013. - v. 199. - №. 7. -p. 601-609.

62. D'yakonova V. E. Neurotransmitter mechanisms of context-dependent behavior //Neuroscience and Behavioral Physiology. - 2014. - v. 44. - №. 3. - p. 256267.

63. Dyakonova V, Hernadi L, Ito E, Dyakonova T, Zakharov I, Sakharov D. The activity of isolated snail neurons controlling locomotion is affected by glucose //Biophysics. - 2015. - v. 11. - p. 55-60.

64. Dyakonova TL, Sultanakhmetov GS, Mezheritskiy MI, Sakharov DA, Dyakonova VE. Storage and erasure of behavioural experiences at the single neuron level //Scientific reports. - 2019. - v. 9. - №. 1. - p. 1-14.

65. Edsinger E., Dölen G. A conserved role for serotonergic neurotransmission in mediating social behavior in octopus //Current Biology. - 2018. - v. 28. - №. 19. - p. 3136-3142. e4.

66. Edwards D. H., Kravitz E. A. Serotonin, social status and aggression //Current opinion in neurobiology. - 1997. - v. 7. - №. 6. - p. 812-819.

67. El-Sayes J, Harasym D, Turco CV, Locke MB, Nelson AJ. Exercise-induced neuroplasticity: a mechanistic model and prospects for promoting plasticity //The Neuroscientist. - 2019. - v. 25. - №. 1. - p. 65-85.

68. Fabel K. et al. VEGF is necessary for exercise-induced adult hippocampal neurogenesis //European Journal of Neuroscience. - 2003. - v. 18. - №. 10. - p. 28032812.

69. Farooqui T. Review of octopamine in insect nervous systems //Open access insect physiology. - 2012. - v. 4. - p. 1.

70. Gabel, E., Gray, D. A., Hennig, R. M. How females of chirping and trilling field crickets integrate the 'what'and 'where'of male acoustic signals during decision making. // J Comp Physiol A. - 2016. - v. 202. - №. 11. p. 823-837.

71. Gabriel JP, Mahmood R, Kyriakatos A, Soll I, Hauptmann G, Calabrese RL, El Manira. Serotonergic modulation of locomotion in zebrafish—endogenous release and synaptic mechanisms //Journal of Neuroscience. - 2009. - v. 29. - №. 33. - p. 10387-10395.

72. Gatellier L., Nagao T., Kanzaki R. Serotonin modifies the sensitivity of the male silkmoth to pheromone //Journal of Experimental Biology. - 2004. - v. 207. - №. 14. - p. 2487-2496.

73. Gerhardt CC, Leysen JE, Planta RJ, Vreugdenhil E, Van Heerikhuizen H. Functional characterisation of a 5-HT2 receptor cDNA cloned from Lymnaea stagnalis //European journal of pharmacology. - 1996. - v. 311. - №. 2-3. - p. 249-258.

74. Gillette R. Evolution and function in serotonergic systems //Integrative and Comparative Biology. - 2006. - v. 46. - №. 6. - p. 838-846.

75. Glover J.C., Kramer A.P. Serotonin analog selectively ablates identified neurons in the leech embryo // Science. - 1982. - v. 216. - p. 317-319

76. Gomes da Silva S, de Almeida AA, Fernandes J, Lopim GM, Cabral FR, Scerni DA, de Oliveira-Pinto AV, Lent R, Arida RM. Maternal exercise during pregnancy increases BDNF levels and cell numbers in the hippocampal formation but not in the cerebral cortex of adult rat offspring //PloS one. - 2016. - v. 11. - №. 1. - p. e0147200.

77. Gray D. A., Cade W. H. Sex, death, and genetic variation: natural and sexual selection on cricket song //Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences. - 1999. - v. 266. - №. 1420. - p. 707-709.

78. Harris-Warrick R. M., Kravitz E. A. Cellular mechanisms for modulation of posture by octopamine and serotonin in the lobster //Journal of Neuroscience. - 1984. -v. 4. - №. 8. - p. 1976-1993.

79. Heijnen S, Hommel B, Kibele A, Colzato LS. Neuromodulation of aerobic exercise—a review //Frontiers in psychology. - 2016. - v. 6. - p. 1890.

80. Hill T., Polk J. D. BDNF, endurance activity, and mechanisms underlying the evolution of hominin brains //American journal of physical anthropology. - 2019. -v. 168. - p. 47-62.

81. Hofmann H. The cultural history of Chinese fighting crickets: a contribution not only to the history of biology //Biologisches Zentralblatt. - 1996. - v. 115. - №. 2-3. - p. 206-213.

82. Hofmann H. A., Stevenson P. A. Flight restores fight in crickets //Nature. -2000. - v. 403. - №. 6770. - p. 613-613.

83. Holland R. A., Wikelski M., Wilcove D. S. How and why do insects migrate? //Science. - 2006. - v. 313. - №. 5788. - p. 794-796.

84. Howard CE, Chen CL, Tabachnik T, Hormigo R, Ramdya P, Mann RS. Serotonergic modulation of walking in Drosophila //Current Biology. - 2019. - v. 29. -№. 24. - p. 4218-4230. e8.

85. Hoyer SC, Eckart A, Herrel A, Zars T, Fischer SA, Hardie SL, Heisenberg M. Octopamine in male aggression of Drosophila //Current Biology. - 2008. - v. 18. -№. 3. - p. 159-167.

86. Hsu Y., Lee I. H., Lu C. K. Prior contest information: mechanisms underlying winner and loser effects //Behavioral Ecology and Sociobiology. - 2009. -v. 63. - №. 9. - p. 1247-1257.

87. Huber R, Orzeszyna M, Pokorny N, Kravitz EA. Biogenic amines and aggression: experimental approaches in crustaceans //Brain, behavior and evolution. -1997a. - v. 50. - №. Suppl. 1. - p. 60-68.

88. Huber R, Smith K, Delago A, Isaksson K, Kravitz EA. Serotonin and aggressive motivation in crustaceans: altering the decision to retreat //Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1997b. - v. 94. - №. 11. - p. 5939-5942.

89. Iwasa T., Matsuzaki, T., Yano, K., & Irahara, M. Gonadotropin-inhibitory hormone plays roles in stress-induced reproductive dysfunction //Frontiers in endocrinology. - 2017. - v. 8. - p. 62.

90. Iwasaki M., Katagiri C. Cuticular lipids and odors induce sex-specific behaviors in the male cricket Gryllus bimaculatus //Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology. - 2008. - v. 149. - №. 3. - p. 306-313.

91. Jacobs B. L., Fornal C. A. 5-HT and motor control: a hypothesis //Trends in neurosciences. - 1993. - v. 16. - №. 9. - p. 346-352.

92. Johnson O., Becnel J., Nichols C. D. Serotonin 5-HT2 and 5-HT1A-like receptors differentially modulate aggressive behaviors in Drosophila melanogaster //Neuroscience. - 2009. - v. 158. - №. 4. - p. 1292-1300.

93. Jung S. N., Borst A., Haag J. Flight activity alters velocity tuning of fly motion-sensitive neurons //Journal of Neuroscience. - 2011. - v. 31. - №. 25. - p. 92319237.

94. Kaushalya S. K. et al. Three-photon microscopy shows that somatic release can be a quantitatively significant component of serotonergic neurotransmission in the

mammalian brain //Journal of neuroscience research. - 2008. - v. 86. - №. 15. - p. 3469-3480.

95. Kaushalya, S. K., Nag, S., Ghosh, H., Arumugam, S., and Maiti, S. A highresolution large area serotonin map of a live rat brain section //Neuroreport. - 2008b. -v. 19. - №. 7. - p. 717-721.

96. Kiss J. P. Theory of active antidepressants: a nonsynaptic approach to the treatment of depression //Neurochemistry international. - 2008. - v. 52. - №. 1-2. - p. 34-39.

97. Kiser D, Steemers B, Branchi I, Homberg JR. The reciprocal interaction between serotonin and social behaviour //Neuroscience & Biobehavioral Reviews. -2012. - v. 36. - №. 2. - p. 786-798.

98. Kloppenburg P., Mercer A. R. Serotonin modulation of moth central olfactory neurons //Annu. Rev. Entomol. - 2008. - v. 53. - p. 179-190.

99. Kondo M, Nakamura Y, Ishida Y, Shimada S. The 5-HT 3 receptor is essential for exercise-induced hippocampal neurogenesis and antidepressant effects //Molecular psychiatry. - 2015. - v. 20. - №. 11. - p. 1428-1437.

100. Korshunova T. A., Vorontsov D. D., Dyakonova V. E. Previous motor activity affects the transition from uncertainty to decision making in snails //Journal of Experimental Biology. - 2016. - v. 219. - №. 22. - p. 3635-3641.

101. Kulikov AV, Osipova DV, Naumenko VS, Popova NK. Association between Tph2 gene polymorphism, brain tryptophan hydroxylase activity and

aggressiveness in mouse strains //Genes, Brain and Behavior. - 2005. - v. 4. - №. 8. -p. 482-485.

102. Kulikov AV, Osipova DV, Naumenko VS, Terenina E, Mormede P, Popova NK. A pharmacological evidence of positive association between mouse intermale aggression and brain serotonin metabolism //Behavioural brain research. -2012. - v. 233. - №. 1. - p. 113-119.

103. Kumar S, Behera S, Basu A, Dey S, Ghosh-Roy A. Swimming exercise promotes post-injury axon regeneration and functional restoration through AMPK //Eneuro. - 2021. - v. 8. - №. 3.

104. Laranjeiro R, Harinath G, Hewitt JE, Hartman JH, Royal MA, Meyer JN, Vanapalli SA, Driscoll M. Swim exercise in Caenorhabditis elegans extends neuromuscular and gut healthspan, enhances learning ability, and protects against neurodegeneration //Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2019. - v. 116. - №. 47. - p. 23829-23839.

105. Laranjeiro R, Harinath G, Burke D, Braeckman BP, Driscoll M. Single swim sessions in C. elegans induce key features of mammalian exercise //BMC biology. -2017. - v. 15. - №. 1. - p. 1-17.

106. Laurence NC, Labuschagne LG, Lura BG, Hillman KL. Regular exercise enhances task-based industriousness in laboratory rats //PLoS One. - 2015. - v. 10. -№. 6. - p. e0129831.

107. Liposits Z., Gorcs T., Trombitas K. Ultrastructural analysis of central serotoninergic neurons immunolabeled by silver-gold-intensified diaminobenzidine chromogen. Completion of immunocytochemistry with X-ray microanalysis //Journal of Histochemistry & Cytochemistry. - 1985. - v. 33. - №. 6. - p. 604-610.

108. Livingstone M. S., Harris-Warrick R. M., Kravitz E. A. Serotonin and octopamine produce opposite postures in lobsters //Science. - 1980. - v. 208. - №. 4439. - p. 76-79.

109. Lorenz M. W. Oogenesis-flight syndrome in crickets: age-dependent egg production, flight performance, and biochemical composition of the flight muscles in adult female Gryllus bimaculatus //Journal of Insect Physiology. - 2007. - v. 53. - №. 8. - p. 819-832.

110. Ma CL, Ma XT, Wang JJ, Liu H, Chen YF, Yang Y. Physical exercise induces hippocampal neurogenesis and prevents cognitive decline //Behavioural brain research. - 2017. - v. 317. - p. 332-339.

111. Marsat G., Pollack G. S. Bursting neurons and ultrasound avoidance in crickets //Frontiers in neuroscience. - 2012. - v. 6. - p. 95.

112. McGreevy KR, Tezanos P, Ferreiro-Villar I, Pallé A, Moreno-Serrano M, Esteve-Codina A, Lamas-Toranzo I, Bermejo-Álvarez P, Fernández-Punzano J, Martín-Montalvo A, Montalbán R, Ferrón SR, Radford EJ, Fontán-Lozano Á, Trejo JL. Intergenerational transmission of the positive effects of physical exercise on brain and cognition //Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2019. - v. 116. - №. 20. - p. 10103-10112.

113. McLean D. L., Sillar K. T. Divergent actions of serotonin receptor activation during fictive swimming in frog embryos //Journal of Comparative Physiology A. - 2004. - v. 190. - №. 5. - p. 391-402.

114. McKenzie JD, Caunce M, Hetherington MS, Winlow W. Serotonergic innervation of the foot of the pond snail Lymnaea stagnalis (L.) //Journal of neurocytology. - 1998. - v. 27. - №. 6. - p. 459-470.

115. Mes D, Palstra AP, Henkel CV, Mayer I, Vindas MA. Swimming exercise enhances brain plasticity in fish //Royal Society open science. - 2020. - v. 7. - №. 1. -p. 191640.

116. Missala K., Sourkes T. L. Functional cerebral activity of an analogue of serotonin formed in situ //Neurochemistry international. - 1988. - v. 12. - №. 2. - p. 209-214.

117. Mosienko, V., Bert, B., Beis, D., Matthes, S., Fink, H., Bader, M. and Alenina, N. Exaggerated aggression and decreased anxiety in mice deficient in brain serotonin //Translational psychiatry. - 2012. - v. 2. - №. 5. - p. e122-e122.

118. Murray KC, Stephens MJ, Ballou EW, Heckman CJ, Bennett DJ. Motoneuron excitability and muscle spasms are regulated by 5-HT2B and 5-HT2C receptor activity //Journal of neurophysiology. - 2011. - v. 105. - №. 2. - p. 731-748.

119. Newcomb J. M., Katz P. S. Different functions for homologous serotonergic interneurons and serotonin in species-specific rhythmic behaviours //Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. - 2009. - v. 276. - №. 1654. - p. 99-108.

120. Nichols D. E., Nichols C. D. Serotonin receptors //Chemical reviews. -2008. - v. 108. - №. 5. - p. 1614-1641.

121. Nolan T. G., Hoy R. R. Phonotaxis in flying crickets. I. Attraction to the calling song and avoidance of bat-like ultrasound are discrete behaviours //J. Comp. Physiol. A. - 1986. - v. 159. - p. 423-439.

122. Okazaki A., Takagi S. An optogenetic application of proton pump ArchT to C. elegans cells //Neuroscience research. - 2013. - v. 75. - №. 1. - p. 29-34.

123. Park J. S., Hoke A. Treadmill exercise induced functional recovery after peripheral nerve repair is associated with increased levels of neurotrophic factors //PloS one. - 2014. - v. 9. - №. 3. - p. e90245.

124. Patocka N, Sharma N, Rashid M, Ribeiro P. Serotonin signaling in Schistosoma mansoni: A Serotonin-activated G protein-coupled receptor controls parasite movement //PLoS pathogens. - 2014. - v. 10. - №. 1. - p. e1003878.

125. Pavlova G. A. Effects of serotonin, dopamine and ergometrine on locomotion in the pulmonate mollusc Helix lucorum //Journal of Experimental Biology.

- 2001. - v. 204. - №. 9. - p. 1625-1633.

126. Pavlova G. A. Muscular waves contribute to gliding rate in the freshwater gastropod Lymnaea stagnalis //Journal of Comparative Physiology A. - 2010. - v. 196.

- №. 4. - p. 241-248.

127. Pavlova G. A. The similarity of crawling mechanisms in aquatic and terrestrial gastropods //Journal of Comparative Physiology A. - 2019. - v. 205. - №. 1.

- p. 1-11.

128. Perrier J. F., Cotel F. Serotonergic modulation of spinal motor control //Current opinion in neurobiology. - 2015. - v. 33. - p. 1-7.

129. Pietrelli A, Matkovic L, Vacotto M, Lopez-Costa JJ, Basso N, Brusco A. Aerobic exercise upregulates the BDNF-Serotonin systems and improves the cognitive function in rats //Neurobiology of learning and memory. - 2018. - v. 155. - p. 528-542.

130. Pollack G. S. Neurobiology of acoustically mediated predator detection //Journal of Comparative Physiology A. - 2015. - v. 201. - №. 1. - p. 99-109.

131. Popova N. K. From gene to aggressive behavior: the role of brain serotonin //Neuroscience and behavioral physiology. - 2008. - v. 38. - №. 5. - p. 471-475.

132. Popova N. K., Ilchibaeva T. V., Naumenko V. S. Neurotrophic factors (BDNF and GDNF) and the serotonergic system of the brain //Biochemistry (Moscow). - 2017. - v. 82. - №. 3. - p. 308-317.

133. R Core Team. R: A Language and Environment for Statistical Computing. (R Foundation for Statistical Computing, Vienna, 2018). http://www.R-project.org/.

134. Raleigh M. J., McGuire M. T. Bidirectional relationships between tryptophan and social behavior in vervet monkeys //Kynurenine and Serotonin Pathways. - Springer, Boston, MA, 1991. - p. 289-298.

135. Ranganathan R., Cannon S. C., Horvitz H. R. MOD-1 is a serotonin-gated chloride channel that modulates locomotory behaviour in C. elegans //Nature. - 2000. -v. 408. - №. 6811. - p. 470-475.

136. Ridet JL, Rajaofetra N, Teilhac JR, Geffard M, Privat A. Evidence for nonsynaptic serotonergic and noradrenergic innervation of the rat dorsal horn and possible involvement of neuron-glia interactions //Neuroscience. - 1993. - v. 52. - №. 1. - p. 143-157.

137. Ridet J. L., Tamir H., Privat A. Direct immunocytochemical localization of 5-hydroxytryptamine receptors in the adult rat spinal cord: A light and electron microscopic study using an anti-idiotypic antiserum //Journal of neuroscience research.

- 1994. - v. 38. - №. 1. - p. 109-121.

138. Rillich J., Stevenson P. A. Releasing stimuli and aggression in crickets: octopamine promotes escalation and maintenance but not initiation //Frontiers in Behavioral Neuroscience. - 2015. - v. 9. - p. 95.

139. Rillich J., Stevenson P. A. Serotonin mediates depression of aggression after acute and chronic social defeat stress in a model insect //Frontiers in behavioral neuroscience. - 2018. - v. 12. - p. 233.

140. Rillich J., Rillich B., Stevenson P. A. Differential modulation of courtship behavior and subsequent aggression by octopamine, dopamine and serotonin in male crickets //Hormones and behavior. - 2019. - v. 114. - p. 104542.

141. Rivier C., Rivier J., Vale W. Stress-induced inhibition of reproductive functions: role of endogenous corticotropin-releasing factor //Science. - 1986. - v. 231.

- №. 4738. - p. 607-609.

142. Robinson A. M., Bucci D. J. Physical exercise during pregnancy improves object recognition memory in adult offspring //Neuroscience. - 2014. - v. 256. - p. 5360.

143. Roeder T., Degen J., Gewecke M. Epinastine, a highly specific antagonist of insect neuronal octopamine receptors //European journal of pharmacology. - 1998. - v. 349. - №. 2-3. - p. 171-177.

144. Rogers SM, Cullen DA, Anstey ML, Burrows M, Despland E, Dodgson T, Matheson T, Ott SR, Stettin K, Sword GA, Simpson SJ. Rapid behavioural gregarization in the desert locust, Schistocerca gregaria entails synchronous changes in both activity and attraction to conspecifics //Journal of insect physiology. - 2014. - v. 65. - p. 9-26.

145. Rutte C., Taborsky M., Brinkhof M. W. G. What sets the odds of winning and losing? //Trends in Ecology & Evolution. - 2006. - v. 21. - №. 1. - p. 16-21.

146. Sakura M., Aonuma H. Aggressive behavior in the antennectomized male cricket Gryllus bimaculatus //Journal of Experimental Biology. - 2013. - v. 216. - №. 12. - p. 2221-2228.

147. Salvador, L. C. M., Bartumeus, F., Levin, S. A. and Ryu, W. S. Mechanistic analysis of the search behaviour of Caenorhabditis elegans //Journal of The Royal Society Interface. - 2014. - v. 11. - №. 92. - p. 20131092.

148. Sergejeva M. V., Popov A. V. Ontogeny of positive phonotaxis in female crickets, Gryllus bimaculatus De Geer: dynamics of sensitivity, frequency-intensity domain, and selectivity to temporal pattern of the male calling song //Journal of Comparative Physiology A. - 1994. - v. 174. - №. 3. - p. 381-389.

149. Shiga, S., Kogawauchi, S., Yasuyama, K. & Yamaguchi, T. Flight behaviour and selective degeneration of flight muscles in the adult cricket (Gryllus bimaculatus)// J. Exp. Biol. - 1991. - № 155. - p.661-667.

150. Short AK, Yeshurun S, Powell R, Perreau VM, Fox A, Kim JH, Pang TY, Hannan AJ. Exercise alters mouse sperm small noncoding RNAs and induces a transgenerational modification of male offspring conditioned fear and anxiety //Translational psychiatry. - 2017. - v. 7. - №. 5. - p. e1114-e1114.

151. Silva B, Goles NI, Varas R, Campusano JM. Serotonin receptors expressed in Drosophila mushroom bodies differentially modulate larval locomotion //PloS one. -2014. - v. 9. - №. 2. - p. e89641.

152. Sloley B.D., Orikasa S. Selective depletion of dopamine, octopamine and 5-hydroxytryptamine in the nervous tissue of the cockroach (Periplaneta americana) // J. Neurochem. - 1988. - v. 51. - p. 535-541.

153. Stevenson P. A., Kutsch W. Demonstration of functional connectivity of the flight motor system in all stages of the locust //Journal of Comparative Physiology A. -1988. - v. 162. - №. 2. - p. 247-259.

154. Stevenson, P. A., Hofmann, H. A., Schoch, K., and Schildberger, K. The fight and flight responses of crickets depleted of biogenic amines //Journal of neurobiology. - 2000. - v. 43. - №. 2. - p. 107-120.

155. Stevenson PA, Dyakonova V, Rillich J, Schildberger K. Octopamine and experience-dependent modulation of aggression in crickets //Journal of Neuroscience. -2005. - v. 25. - №. 6. - p. 1431-1441.

156. Stevenson P. A., Rillich J. The decision to fight or flee-insights into underlying mechanism in crickets //Frontiers in neuroscience. - 2012. - v. 6. - p. 118.

157. Sugamori KS, Sunahara RK, Guan HC, Bulloch AG, Tensen CP, Seeman P, Niznik HB, Van Tol HH. Serotonin receptor cDNA cloned from Lymnaea stagnalis //Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1993. - v. 90. - №. 1. - p. 11-15.

158. Sujkowski A, Ramesh D, Brockmann A, Wessells R. Octopamine drives endurance exercise adaptations in Drosophila //Cell reports. - 2017. - v. 21. - №. 7. - p. 1809-1823.

159. Sujkowski A., Wessells R. Using Drosophila to understand biochemical and behavioral responses to exercise //Exercise and sport sciences reviews. - 2018. - v. 46. - №. 2. - p. 112.

160. Sunada H., Lukowiak K., Ito E. Cerebral giant cells are necessary for the formation and recall of memory of conditioned taste aversion in Lymnaea //Zoological science. - 2017. - v. 34. - №. 1. - p. 72-80.

161. Syed N.I., Harrison D., Winlow W. Locomotion in Lymnaea - role of serotonergic motoneurones controlling the pedal cilia. // Symp. Biol. Hung. 1988; v. 36. p. 387-399.

162. Syed N. I., Winlow W. Morphology and electrophysiology of neurons innervating the ciliated locomotor epithelium in Lymnaea stagnalis (L.) //Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Physiology. - 1989. - v. 93. - №. 3. - p. 633-644.

163. Tierney A. J. Invertebrate serotonin receptors: a molecular perspective on classification and pharmacology //Journal of Experimental Biology. - 2018. - v. 221. -№. 19. - p. jeb184838.

164. Trejo J. L., Carro E., Torres-Aleman I. Circulating insulin-like growth factor I mediates exercise-induced increases in the number of new neurons in the adult hippocampus //Journal of Neuroscience. - 2001. - v. 21. - №. 5. - p. 1628-1634.

165. Trueta C., Méndez B., De-Miguel F. F. Somatic exocytosis of serotonin mediated by L-type calcium channels in cultured leech neurones //The Journal of physiology. - 2003. - v. 547. - №. 2. - p. 405-416.

166. Trueta C. Sánchez-Armass, S., Morales, M. A., & De-Miguel, F. F. Calcium-induced calcium release contributes to somatic secretion of serotonin in leech Retzius neurons //Journal of neurobiology. - 2004. - v. 61. - №. 3. - p. 309-316.

167. Trueta C., De-Miguel F. F. Extrasynaptic exocytosis and its mechanisms: a source of molecules mediating volume transmission in the nervous system //Frontiers in physiology. - 2012. - p. 3. - C. 319.

168. Tsyganov V. V., Sakharov D. A. Locomotor rhythms in the pond snail Lymnaea stagnalis: site of origin and neurotransmitter requirements //Acta Biologica Hungarica. - 2000. - v. 51. - №. 2-4. - p. 189-195.

169. Ureshi M., Dainobu M., Sakai M. Serotonin precursor (5-hydroxytryptophan) has a profound effect on the post-copulatory time-fixed sexually refractory stage in the male cricket, Gryllus bimaculatus DeGeer //Journal of Comparative Physiology A. - 2002. - v. 188. - №. 10. - p. 767-779.

170. Urca T., Gefen E., Ribak G. Critical PO2 and insect flight: The role of tracheal volume in the Oogenesis-Flight Syndrome //Comparative Biochemistry and Physiology, Part A. - 2021. - v. 254. - p. 110873.

171. Valenzuela PL, Castillo-García A, Morales JS, de la Villa P, Hampel H, Emanuele E, Lista S, Lucia A. Exercise benefits on Alzheimer's disease: State-of-the-science //Ageing research reviews. - 2020. - v. 62. - p. 101108.

172. Viala D., Buser P. The effects of DOPA and 5-HTP on rhythmic efferent discharges in hind limb nerves in the rabbit //Brain research. - 1969. - v. 12. - №. 2. -p. 437-443.

173. Viala D., Buser P. Methods of obtaining locomotor rhythms in the spinal rabbit by pharmacological treatments (DOPA, 5-HTP, D-amphetamine) //Brain research. - 1971. - v. 35. - №. 1. - p. 151-165.

174. Vidal-Gadea A, Topper S, Young L, Crisp A, Kressin L, Elbel E, Maples T, Brauner M, Erbguth K, Axelrod A, Gottschalk A, Siegel D, Pierce-Shimomura JT. Caenorhabditis elegans selects distinct crawling and swimming gaits via dopamine and serotonin //Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2011. - v. 108. - №. 42. - p. 17504-17509.

175. Vishnivetskaya G. B., Plyusnina I. Z., Popova N. K. Involvement of 5-HT1A receptors in regulating different types of aggressive behavior //Zh. Vyssh. Nerv. Deyat. - 2001. - v. 51. - p. 715-719.

176. Vorontsov D. D., Dyakonova V. E. Light-dark decision making in snails: Do preceding light conditions matter? //Communicative & integrative biology. - 2017. - v. 10. - №. 5-6. - p. 3635-3641.

177. Wakabayashi T., Osada T., Shingai R. Serotonin deficiency shortens the duration of forward movement in Caenorhabditis elegans //Bioscience, biotechnology, and biochemistry. - 2005. - v. 69. - №. 9. - p. 1767-1770.

178. Wang D., Grillner S., Wallen P. Endogenous release of 5-HT modulates the plateau phase of NMDA-induced membrane potential oscillations in lamprey spinal neurons //Journal of neurophysiology. - 2014. - v. 112. - №. 1. - p. 30-38.

179. Watanabe T., Sadamoto H., Aonuma H. Identification and expression analysis of the genes involved in serotonin biosynthesis and transduction in the field cricket Gryllus bimaculatus //Insect molecular biology. - 2011. - v. 20. - №. 5. - p. 619-635.

180. Watanabe T., Aonuma H. Identification and expression analyses of a novel serotonin receptor gene, 5-HT 20, in the field cricket, Gryllus bimaculatus //Acta Biologica Hungarica. - 2012. - v. 63. - №. Supplement-2. - p. 58-62.

181. Watanabe L. P., Riddle N. C. New opportunities: Drosophila as a model system for exercise research //Journal of Applied Physiology. - 2019. - v. 127. - №. 2.

- p. 482-490.

182. Willard A. L. Effects of serotonin on the generation of the motor program for swimming by the medicinal leech //Journal of Neuroscience. - 1981. - v. 1. - №. 9.

- p. 936-944.

183. Wu W. H., Cooper R. L. Serotonin and synaptic transmission at invertebrate neuromuscular junctions //Experimental neurobiology. - 2012. - v. 21. - №. 3. - p. 101.

184. Xu C. et al. Serotonin 5-HT2A and 5-HT5A receptors are expressed by different motoneuron populations in rat Onufs nucleus //Journal of Comparative Neurology. - 2007. - v. 502. - №. 4. - p. 620-634.

185. Zhou FC, Tao-Cheng JH, Segu L, Patel T, Wang Y. Serotonin transporters are located on the axons beyond the synaptic junctions: anatomical and functional evidence //Brain research. - 1998. - v. 805. - №. 1-2. - p. 241-254.

186. Zhou C., Rao Y., Rao Y. A subset of octopaminergic neurons are important for Drosophila aggression //Nature neuroscience. - 2008. - v. 11. - №. 9. - p. 10591067.