The introduction of affordable, consumer-oriented 3-D printers is a milestone in the current "maker movement," which has been heralded as the next industrial revolution. Combined with free and open sharing of detailed design blueprints and accessible development tools, rapid prototypes of complex products can now be assembled in one's own garage—a game-changer reminiscent of the early days of personal computing. At the same time, 3-D printing has also allowed the scientific and engineering community to build the "little things" that help a lab get up and running much faster and easier than ever before.

Summary Neurons draw on alternative splicing for their increased transcriptomic complexity throughout animal phylogeny. To delve into the mechanisms controlling the assembly and evolution of this regulatory layer, we characterized the neuronal microexon program in Drosophila and compared it with that of mammals. We found that in Drosophila , this splicing program is restricted to neurons by the post-transcriptional processing of the enhancer of microexons (eMIC) domain in Srrm234 by Elav and Fne. eMIC deficiency or misexpression leads to widespread neurological alterations largely emerging from impaired neuronal activity, as revealed by a combination of neuronal imaging experiments and cell-type-specific rescues. These defects are associated with the genome-wide skipping of short neural exons, which are strongly enriched in ion channels. Remarkably, we found no overlap of eMIC-regulated exons between flies and mice, illustrating how ancient post-transcriptional programs can evolve independently in different phyla to impact distinct cellular modules while maintaining cell-type specificity.

Abstract All animal behaviour must ultimately be governed by physical laws. As a basis for understanding the physics of behaviour in a simple system, we here develop an effective theory for the motion of the larval form of the fruitfly Drosophila melanogaster, and compare it against a quantitative analysis of the real animal’s behaviour. We first define a set of fields which quantify stretching, bending, and twisting along the larva’s antero- posterior axis, and then perform a search in the space of possible theories that could govern the long-wavelength physics of these fields, using a simplified approach inspired by the renormalisation group. Guided by symmetry considerations and stability requirements, we arrive at a unique, analytically tractable free-field theory with a minimum of free parameters. Unexpectedly, we are able to explain a wide-spectrum of features of Drosophila larval behaviour by applying equilibrium statistical mechanics: our theory closely predicts the animals’ postural modes (eigenmaggots), as well as distributions and trajectories in the postural mode space across several behaviours, including peristaltic crawling, rolling, self-righting and unbiased substrate exploration. We explain the low-dimensionality of postural dynamics via Boltzmann suppression of high frequency modes, and also propose and experimentally test, novel predictions on the relationships between different forms of body deformation and animal behaviour. We show that crawling and rolling are dominated by similar symmetry properties, leading to identical dynamics/statistics in mode space, while rolling and unbiased exploration have a common dominant timescale. Furthermore, we are able to demonstrate that self-righting behaviour occurs continuously throughout substrate exploration, owing to the decoupling of stretching, bending, and twisting at low energies. Together, our results demonstrate that relatively simple effective physics can be used to explain and predict a wide range of animal behaviours.

Understanding the function and dysfunction of the brain remains one of the key challenges of our time. However, an overwhelming majority of brain research is carried out in the Global North, by a minority of well-funded and intimately interconnected labs. In contrast, with an estimated one neuroscientist per million people in Africa, news about neuroscience research from the Global South remains sparse. Clearly, devising new policies to boost Africa’s neuroscience landscape is imperative. However, the policy must be based on accurate data, which is largely lacking. Such data must reflect the extreme heterogeneity of research outputs across the continent’s 54 countries distributed over an area larger than USA, Europe and China combined. Here, we analysed all of Africa’s Neuroscience output over the past 21 years. Uniquely, we individually verified in each of 12,326 publications that the work was indeed performed in Africa and led by African-based researchers. This step is critical: previous estimates grossly inflated figures, because many of Africa’s high-visibility publications are in fact the result of internationally led collaborations, with most work done outside of Africa. The remaining number of African-led Neuroscience publications was 5,219, on average only ~5 per country and year. From here, we extracted metrics such as the journal and citations, as well as detailed information on funding, international collaborations and the techniques and model systems used. We link these metrics to demographic data and indicators of mobility and economy. For reference, we also extracted the same metrics from 220 randomly selected publications each from the UK, USA, Australia, Japan and Brazil. Our unique dataset allows us to gain accurate and in-depth information on the current state of African Neuroscience research, and to put it into a global context. This in turn allows us to make actionable recommendations on how African research might best be supported in the future.

Abstract Organs have a distinctive yet often overlooked spatial arrangement in the body 1–5 . We propose that there is a logic to the shape of an organ and its proximity to its neighbours. Here, by using volumetric scans of many Drosophila melanogaster flies, we develop methods to quantify three-dimensional features of organ shape, position and interindividual variability. We find that both the shapes of organs and their relative arrangement are consistent yet differ between the sexes, and identify unexpected interorgan adjacencies and left–right organ asymmetries. Focusing on the intestine, which traverses the entire body, we investigate how sex differences in three-dimensional organ geometry arise. The configuration of the adult intestine is only partially determined by physical constraints imposed by adjacent organs; its sex-specific shape is actively maintained by mechanochemical crosstalk between gut muscles and vascular-like trachea. Indeed, sex-biased expression of a muscle-derived fibroblast growth factor-like ligand renders trachea sexually dimorphic. In turn, tracheal branches hold gut loops together into a male or female shape, with physiological consequences. Interorgan geometry represents a previously unrecognized level of biological complexity which might enable or confine communication across organs and could help explain sex or species differences in organ function.

Abstract Behaviour is the ultimate output of neural circuit computations, and therefore its analysis is a cornerstone of neuroscience research. However, every animal and experimental paradigm requires different illumination conditions to capture and, in some cases, manipulate specific behavioural features. This means that researchers often develop, from scratch, their own solutions and experimental set-ups. Here, we present OptoPi, an open source, affordable (∼ £600), behavioural arena with accompanying multi-animal tracking software. The system features highly customisable and reproducible visible and infrared illumination and allows for temporally precise optogenetic stimulation. OptoPi acquires images using a Raspberry Pi camera, features motorised LED-based illumination, Arduino control, as well as spectrum and irradiance monitoring to fine-tune illumination conditions with real time feedback. Our open-source software (BIO) can be used to simultaneously track multiple animals while accurately keeping individual animal’s identity both in on-line and off-line modes. We demonstrate the functionality of OptoPi by recording and tracking under different illumination conditions the spontaneous behaviour of larval zebrafish as well as adult Drosophila flies and their first instar larvae, an experimental animal that due to its small size and transparency has classically been hard to track. Further, we showcase OptoPi’s optogenetic capabilities through a series of experiments using transgenic Drosophila larvae.

Abstract Living organisms synchronize their biological activities with the earth’s rotation through the circadian clock, a molecular mechanism that regulates biology and behavior daily. This synchronization factually maximizes positive activities (e.g., social interactions, feeding) during safe periods, and minimizes exposure to dangers (e.g., predation, darkness) typically at night. Beyond basic circadian regulation, some behaviors like sleep have an additional layer of homeostatic control, ensuring those essential activities are fulfilled. While sleep is predominantly governed by the circadian clock, a secondary homeostatic regulator, though not well-understood, ensures adherence to necessary sleep amounts and hints at a fundamental biological function of sleep beyond simple energy conservation and safety. Here we explore sleep regulation across seven Drosophila species with diverse ecological niches, revealing that while circadian-driven sleep aspects are consistent, homeostatic regulation varies significantly. The findings suggest that in Drosophilids, sleep evolved primarily for circadian purposes. The more complex, homeostatically regulated functions of sleep appear to have evolved independently in a species-specific manner, and are not universally conserved. This laboratory model may reproduce and recapitulate primordial sleep evolution.

Abstract In olfactory systems across phyla, most sensory neurons transcribe a single olfactory receptor gene selected from a large genomic repertoire. We describe novel receptor gene-dependent mechanisms that ensure singular expression of receptors encoded by a tandem gene array in Drosophila . Transcription from upstream genes in the cluster runs through the coding region of downstream loci to inhibit their expression in cis , via transcriptional interference. Moreover, one receptor blocks expression of other receptor proteins in trans through a post-transcriptional mechanism. These repression mechanisms operate in endogenous neurons to ensure their unique expression. Our data provide evidence for inter-olfactory receptor regulation in invertebrates, and highlight unprecedented, but potentially widespread, mechanisms for ensuring exclusive expression of chemosensory receptors, and other protein families, encoded by tandemly-arranged genes.

Programmed cell death (PCD) is widespread during neurodevelopment, typically eliminating the surpluses of neuronal production. Employing the Drosophila olfactory system, we examined the potential of cells fated to die to contribute to circuit evolution. Inhibition of PCD is sufficient to generate many new cells that express neural markers and exhibit odor-evoked activity. These “undead” neurons express a subset of olfactory receptors that, intriguingly, is enriched for recent receptor duplicates and include some normally found in other chemosensory organs and life-stages. Moreover, undead neuron axons integrate into the olfactory circuitry in the brain, forming novel receptor/glomerular couplings. Comparison of homologous olfactory lineages across drosophilids reveals natural examples of fate changes from death to a functional neuron. Finally, we provide evidence that PCD contributes to evolutionary differences in carbon dioxide-sensing circuit formation in Drosophila and mosquitoes. These results reveal the remarkable potential of alterations in PCD patterning to evolve new neural pathways.