Ученые совершили важный шаг в разгадке тайны происхождения и развития нервных систем, предложив новые гипотезы и доказательства.
В научном сообществе долгое время велись споры о том, как именно сформировались нервные системы у животных. Согласно одной из теорий, нейроны — основные клетки нервной системы — появились лишь однажды в истории эволюции, после чего были унаследованы всеми современными животными, обладающими нервной системой. Противоположная точка зрения предполагает, что нейроны независимо возникали у разных групп животных, постепенно приобретая сходное строение и функции.
Недавно опубликованное исследование предоставляет убедительные аргументы в пользу первой, монофилетической гипотезы. Работа сосредоточена на анализе двух примитивных групп животных — стрекающих (например, медуз) и гребневиков. Эти организмы считаются либо близкородственными, либо развившимися по разным эволюционным путям. Ученые детально изучили молекулярные и структурные связи между их нервными системами, что позволило сделать новые выводы.
Сравнение нервных систем гребневиков и стрекающих
ГребневикГребневики — удивительные и загадочные существа. Их желеобразное тело обладает постоянной сложной формой. Эти животные имеют развитую мускулатуру и систему внутренних каналов, выполняющих функции пищеварения, выделения и газообмена. Одни виды гребневиков ловят добычу липкими щупальцами, другие — заглатывают ее непосредственно ртом. Нервная система гребневиков довольно сложна: на заднем конце тела расположено примитивное мозговое скопление нейронов, над которым находятся статоцист (орган равновесия) и ресничные поля, выполняющие роль органов химического чувства. От этого скопления отходят восемь нервных тяжей, идущих вдоль гребных пластинок, которые отвечают за движение и чувствительность. Кроме того, по всему телу животного распределена диффузная сеть нервных клеток.
Интересно, что в нейронах гребневиков ранее не удавалось обнаружить определенные типы нейропептидов — молекул, обеспечивающих коммуникацию между нервными клетками.
Обратите внимание: Учёным впервые в истории удалось создать мышей с генетическим материалом только двух самок.
В то же время эти же нейропептиды были выявлены у стрекающих.У стрекающих, несмотря на их более сложную в целом организацию, нервная система устроена проще: она, как правило, диффузно распределена по всему телу. Хотя у многих представителей есть уплотнения нейронов вокруг рта и другие локальные скопления, в целом их нервная система выглядит менее централизованной, чем у гребневиков. Однако на молекулярном уровне стрекающие демонстрируют большее сходство с другими животными.
Прорыв в исследованиях
Профессор Хироси Ватанабэ, руководитель отдела эволюционной нейробиологии в Окинавском институте науки и технологий (OIST), изначально скептически относился к идее о полном отсутствии ключевых нейропептидов у гребневиков. Он предположил, что эти молекулы могли быть просто не обнаружены в предыдущих исследованиях.
«Действительно, у гребневиков отсутствует множество нервных белков, характерных для более развитых животных, — отметил профессор. — Однако само по себе это отсутствие не является для меня достаточным доказательством независимого происхождения нейронов».В своей работе команда Ватанабэ сосредоточилась на анализе древней группы нейропептидов. Основная сложность заключалась в том, что эти пептиды склонны к быстрым мутациям, что затрудняет их идентификацию и сравнение.
Ученые предприняли масштабный подход: они извлекли пептиды из губок (у которых нет настоящей нервной системы, но есть ее клеточные предшественники), гребневиков и стрекающих. Используя метод масс-спектрометрии, исследователи смогли обнаружить 28 коротких пептидов у стрекающих и гребневиков и определить их аминокислотные последовательности.
Затем, зная структуру этих молекул, ученые применили флуоресцентную микроскопию, чтобы визуализировать, в каких именно клетках они присутствуют. Это позволило «подсветить» нейроны, содержащие исследуемые пептиды.
Оказалось, что у гребневиков существует два типа нейронов. Один тип — классические нейроны с длинными отростками (нейритами). Второй тип, лишенный таких отростков, напоминает раннюю форму нейроэндокринных клеток, которые выполняют регуляторные функции, выделяя гормоны.
Сравнительный анализ показал, что у стрекающих и гребневиков все же есть общие нейропептиды. Это важное открытие свидетельствует о том, что нервные клетки этих двух групп имеют гораздо больше общего, чем считалось ранее. Ключевым аргументом стало сходство их «генетической подписи», указывающее на глубокое эволюционное родство.
Если нейроны стрекающих родственны нейронам всех других животных (кроме гребневиков), а нейроны гребневиков и стрекающих имеют общего предка, то логично предположить, что все нейроны происходят от единого предкового типа клеток, уже обладавшего основными нейрональными свойствами. Это подтверждает гипотезу об однократном возникновении нейронов в истории жизни.
Полученные данные позволяют уточнить эволюционное древо животных:
В заключение профессор Ватанабэ поделился планами на будущее:
«Если наша гипотеза верна, то теперь крайне интересно выяснить, откуда именно взялись нейроны, экспрессирующие эти пептиды? И какова была первоначальная функция нейронов у древнейших предков животных? Теперь, когда у нас есть более четкое представление о том, как выглядели самые ранние нейроны, мы можем начать исследование их изначальной роли в эволюции жизни».#эволюция #биология #наука #нейробиология #зоология #микробиология
Еще по теме здесь: Новости науки и техники.
Источник: Открытие в нейробиологии: доказано, что нейроны появились единожды в истории.