Ученые собрали паззл из нервной системы морского крыжовника

Наука и образование

Ученые собрали паззл из нервной системы морского крыжовника

Нейробиологи из Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН и Флоридского университета составили полный атлас нервной системы простого многоклеточного животного из типа гребневиков. Оказалось, что этот организм включает в себя 5—7 тысяч нейронов, причем многие из них связаны с мышечными клетками неожиданно сложным образом. Более того, выяснилось, что типов нервных и мышечных клеток, а также рецепторов к различным нейромедиаторам у гребневиков больше, чем у других групп древних многоклеточных. Это еще одно доказательство гипотезы, что нервная система появлялась в эволюции несколько раз. Препринт научной статьи размещен на сайте biorXiv.

Одна из групп сравнительно просто устроенных животных — гребневики (Ctenophora). Внешне они нередко напоминают медуз, но не имеют стрекательных клеток, а реснички у них собраны на длинных выростах — гребнях. Время возникновения гребневиков и их «родословную» по сей день не получается уверенно определить: среди ископаемых останков их нет, а по молекулярно-генетическим данным разные группы ученых строят противоречивые картины. Одни считают, что это самый древний тип многоклеточных, а другие показывают, что губки и даже пластинчатые (трихоплаксы) появились раньше. Однако все соглашаются в том, что их нервная система устроена необычным образом. Для столь просто устроенного существа, как гребневик, в ней очень много типов нейромедиаторов — переносчиков сигнала между нервными клетками или от нервных клеток к мышечным. Эта необъяснимая сложность привела некоторых исследователей к предположению, что нервная система у гребневиков возникла независимо от «более обычных» и менее специализированных групп животных и в целом она появлялась в эволюции несколько раз.

Это положение тоже можно оспорить. Но, чтобы оперировать данными о нервной системе, нужно хорошо знать ее строение. Досконально изучить ее у водянистого, не имеющего скелета гребневика весьма сложно. Тем не менее российский нейробиолог Тигран Норекян и его американский коллега, выходец из Белоруссии Леонид Мороз составили полный атлас нервной системы гребневика вида Pleurobrachia bachei (его еще называют морским крыжовником) методами иммуногистохимии и сканирующей электронной микроскопии.

Выловленных в водах моря Селиш на севере тихоокеанского побережья США взрослых особей гребневиков фиксировали глутаровым альдегидом, а затем разрезали на части и удаляли из них воду спиртом, а также фиксировали некоторыми другими соединениями. В таком состоянии ткани гребневиков были достаточно плотными, чтобы сделать из них препараты для сканирующей электронной микроскопии (при ее использовании получается снимок рельефа поверхности препарата).

Части тела гребневиков затем разделяли на серии тонких срезов, а к жидкости, добавленной в ванночки к этим срезам, чтобы они не пересыхали, в ряде случаев добавляли красители, реагирующие только на определенные типы клеток. Например, фаллоидин связывается с белком F-актином, которого много в мышечных клетках и волокнах, и таким образом позволяет выявлять мышцы. К другим веществам, входящим в состав конкретных типов клеток, подбирали антитела, способные светиться (флуоресцировать).

Изучение получившихся препаратов с помощью сканирующего электронного микроскопа показало, что у гребневиков девять типов нервных клеток, отличающихся друг от друга числом и формой отростков, а также общими размерами. Еще шесть потенциально могут быть рецепторами, то есть чувствительными клетками. Всего авторы насчитали у морского крыжовника 45 типов клеток, так или иначе связанных с нервной системой, органами чувств и мышцами. Еще 45 составляют другие ткани и органы: половые железы, пищеварительную систему и т.п. Многие из описанных Морозом и Норекяном типов клеток найдены у гребневиков впервые.

Всего авторы насчитали в нервной системе гребневиков вида Pleurobrachia bachei несколько тысяч клеток. Они собраны в две подсистемы: одна находится под эпителием (внешним слоем клеток тела), а другая представляет собой сеть из 2−3 тысяч клеток в мезоглее — студенистом веществе, в котором плотность клеток всех типов весьма низкая. Первая управляет сокращениями поверхностных мышц и стенки тела, а вторая связана с щупальцами и глоткой и контролирует их сокращения.

Теперь, когда стало понятно, как выглядят нервные и мышечные клетки гребневиков, имеет смысл подобрать к каждому из них свой набор маркеров — веществ, при определенных условиях выделяющих клетку данного типа из остальных видимых на препарате (например, срезе). После этого можно будет более предметно говорить о происхождении каждого из таких типов, а соответственно, и всей нервной системы гребневиков в целом.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *