На этой фотографии сверху видна взрослая особь гребневика Mnemiopsis leidyi. В центре изображения можно отличить аборальный орган — сложную сенсорную конструкцию. Новое исследование, опубликованное заключение Буркхардта в Центре Майкла Сарса Бергенского университета, показывает, что аборальный орган сравним с элементарным мозгом, и предполагает, что централизованные нервные системы, возможно, возникли в эволюции раньше, чем в Европе ранее. Фото: Александр Ян, Центр Михаэля Сарса/Университет Бергена.
Детальные трехмерные разработки ключевой сенсорной структуры гребневиков обнаруживают гораздо большую структурную и функциональную структуру, чем считали ученые ранее. Результаты показывают, что у некоторых из самых молодых животных могла существовать простая система, подобная мозгу, которая позволяет по-новому взглянуть на то, как развилась нервная система.
Гребневики (широко созданные как гребневики) — это нежные студенческие морские животные, появившиеся в океанах Земли примерно 550 миллионов лет назад. Эти организмы содержат специализированную сенсорную структуру, называемую аборальным органом (АО), которая позволяет обнаруживать в них гравитацию, давление и свет. Новое морфологическое исследование, опубликованное в Science Advances , показывает, что этот орган значительно сложнее, чем продолжалось в более ранних исследованиях.
«Мы показываем, что АО представляет собой сложную и функционально работоспособную сенсорную систему», — сказал он. Сказал Павел Буркхардт, руководитель группы в Центре Майкла Сарса Бергенского университета. «Наше исследование глубокой корректировки нашего понимания революции глобального поведения в отношении животных».
Картирование клеточной структуры древнего органа
Чтобы понять, как аборальный орган устроен изнутри, исследователи в Париже с Майкой Киттельманн из Оксфордского университета Брукса использовали расширенную объемную электронную микроскопию. Такой подход позволяет им создавать чрезвычайно тщательные трехмерные конструкции.
Анализ выявил 17 различных типов клеток в аборабельном органе, включая 11 секреторных и мерцательных типов клеток, которые ранее никогда не идентифицировались. Такое большое разнообразие клеточных ресурсов действует как сложный мультимодальный орган чувств.
«Я почти сразу был поражен морфологическим разнообразием клеток аборальных органов. Работа с объемными электронно-микроскопическими данными напоминает открытие новых интересных вещей каждый день», — сказал он. сказала Анна Феррайоли, научный сотрудник Центра Майкла Сарса и первый автор исследования. «АО имеет поразительную сложность по сравнению с апикальными положениями книдарий и билатерий. Это так уникально!»
Гибридная система нейронной связи
Помимо клеточного разнообразия, аборальный орган также, по-видимому, тесно связан с нервной системой гребневика. Гребневики обладают нейронной сетью, состоящей из сросшихся нейронов, образующих непрерывную структуру по всему телу.
Исследователи обнаружили, что эта нервная сеть образует прямые синаптические связи с клетками аборигенного отдела, создавая путь для двусторонней связи. В то же время многие атомные везикулы, что указывает на то, что они могут пропагандировать широко распространенные химические сигналы посредством процесса, известного как объемная передача. В поисках этих механизмов предполагают, что орган зависит как от синаптических, так и от несинаптических форм передачи сигналов.
«Я думаю, что наша работа дает важное представление о том, как многому мы можем научиться, изучая морфологию», — сказал он. Феррайоли сердце. «Я бы сказал, что АО совершенно не похоже на наш мозг, но его можно определить как орган, который гребневики используют в качестве мозга».
Секреты эволюции мозга
Команда также изучила, как в режиме режима гены развития экспрессируются в гребневиках. В этих организмах присутствует множество генов, участвующих в организации тел других животных, но характер их экспрессии существенно различим.
Это доказательство предполагает, что аборальный орган не может быть непосредственно эквивалентен мозгу, обнаруженному у других групп животных. «Другими словами»; Буркхардт добавил: «Похоже, что эволюция не раз изобретала централизованные нервные системы».
Связь нейронной структуры с поведением
Дополнительную поддержку этим результатам показывают исследования, проведенные Кемом Джокурой из учреждения фундаментальной биологии Японии совместно с профессором Гаспаром Джекели из Гейдельбергского университета. В отдельном исследовании, в котором также участвовал Буркхардт, ученые реконструировали полную нервную систему органа восприятия гравитации гребневика.
Объединяющую высокоскоростную визуализацию с трехмерными достижениями более 1000 клеток, исследователи показывают, как сети сросшихся нейронов координируют работу ресничек в разных частях тела животного. Такая координация позволяет гребневикам сохранять свою ориентацию при движении в воде.
«Сходство с нервными цепями у других морских организмов позволяет предположить, что подобные решения в области гравитационного зондирования могут измениться в отдаленных линиях животных», — сказал он. — сказал Джокура.
Переосмысление истоков нервной системы
В ходе этих исследований показано, что ранние нервные системы могли быть более централизованными, чем традиционные ученые ранее. По словам Феррайоли, на следующем этапе исследования будут выявлены молекулярные характеристики недавно открытых типов клеток и изучено, что на самом деле сильно аборальный орган влияет на поведение гребешков.