Открытие в нейробиологии: доказано, что нейроны появились единожды в истории

Ученые вставили новую деталь в паззл происхождения и эволюции нервных систем, а также выдвинули несколько предположений.

В вопросе об эволюции и становлении нервных систем у разных животных существует две точки зрения: первая гласит о том, что нейроны возникли один раз и потом распространились по всем линиям животных с нервной системой, кои мы видим сегодня. Другая же утверждает множественное происхождение этих клеток, т.е. у разных групп они появились независимо, но с временем приобрели схожее строение.

Вчера была опубликована научная работа, приводящая доказательства в пользу первой гипотезы. Она акцентирует свое внимание на двух примитивных типах - стрекающих и гребневиках, которые, возможно, близкородственны, а может и нет. Как бы то ни было, в статье рассматриваются различные связи между их нервными системами, преимущественно молекулярные.

Гребневики и стрекающие: в чем нейробиологическая разница?

Гребневик

Гребневики - загадочные животные. Их тело желеобразно, но имеет сложную постоянную форму. Они обладают мышцами и системой протоков по всему организму, которые выполняют функцию пищеварения, выведения отходов, выведения половых продуктов, дыхания. Часть гребневиков тащит за собой липкие щупальца, на которые приклеивается добыча, а другая часть щупалец не имеет и охотятся, заглатывая жертву ртом. Нервная система у гребневиков довольно сложная для такой анатомии. На заднем конце тела у них имеется примитивный мозг, скопление связанных нейронов, прямо над которым находится орган равновесия - статоцист - и "ресничные поля", выполняющие роль обоняния (хеморецепция), представляющие собой чувствительные участки кожи. От мозга отходит к остальной части гребневика 8 нервов, еще не оформленных и при ближайшем рассмотрении являющих просто пучки таких же нейронов, как в мозге. Тянутся эти нервы вдоль гребных пластинок (органов передвижения гребневика) и отвечают как за движение пластинок, так и за чувствительность к раздражениям. Помимо всего этого в покровах животного раскинута чувствительная сеть неупорядоченных нервных клеток.

В нейронах гребневиков не обнаружены определенные виды нейропептидов - молекул, обеспечивающих связь между нейронами.

Обратите внимание: Учёным впервые в истории удалось создать мышей с генетическим материалом только двух самок.

Эти же нейропептиды были успешно выделены из стрекающих.

Однако у более сложны животных, стрекающих, нервная система проста: она диффузная, то есть раскинута равномерно по всему телу. У большинства, правда, встречается плотное кольцо нейронов вокруг рта, а также централизация некоторых нервных скоплений, но общая картина здесь явно проще, чем у гребневиков. Тем не менее, на молекулярном уровне, как уже сказано, эти животные более продвинуты.

Невозможное возможно?

Профессор Ватанабэ, возглавляющий отдел эволюционной нейробиологии в Окинавском институте науки и технологий (OIST), остался неубежденным. Он считал, что у гребневиков эти нейропептиды все же имеются, просто предыдущие исследователи их не заметили.

«Действительно, в гребневиках отсутствует много нервных белков, которые мы видим в более развитых линиях животных», — сказал он. «Но для меня отсутствие этих белков не является достаточным доказательством существования двух независимых возникновений нейронов».

В своем исследовании он сосредоточился на конкретной группе древних нейропептидов. Как он объяснял, основная проблема заключается в том, что эти древние пептиды способны часто мутировать, что усложняет их анализ.

Ватанабэ и его исследовательская группа решили стразу действовать масштабно. Они извлекли пептиды из губок (у которых нет нервной системы, но есть нечто вроде ее зачатков), гребневиков и стрекающих, а затем использовали метод масс-спектрометрии для обнаружения молекул, похожих на эти пептиды. Команде удалось найти 28 коротких пептидов у стрекающих и гребневиков и определить их аминокислотные последовательности, тем самым установив структуру.

Потом, зная молекулярные данные нейропептидов, они использовали флоуресцентную микроскопию клеток этих животных, заставив молекулы светиться и показывать, в каких клетках они есть, а в каких - нет.

Было обнаружено, что у гребневиков, имеющих 2 типа нейронов, один тип был похож на "классику" среди разных животных - клетки с тонкими отростками (нейритами). Но другой тип, нейтритов лишенный, напоминал раннюю версию нейроэндокринных клеток - нейронов, имеющих роль гормональных регуляторов.

Проанализировав и стрекающих, ученые пришли к такому выводу: у этих двух типов все же есть общие нейропептиды.

Что это значит? Опредленно то, что у нейронов стркающих и гребневиков намного больше общего, чем считалось ранее, а самое главное состоит в схожести их "генетической подписи", что говорит о родственных связях. Если принять за факт родственность нейронов стрекающих и нейронов всех остальных типов животных (кроме гребневиков), то становится ясно, что у двух форм единый предок, уже обладавший нейронами.

Это позволяет нарисовать следующий рисунок эволюционного древа животных:

Напоследок профессор Ватанабэ сказал:

«Если это правда, мне очень интересно узнать, откуда взялись нейроны, экспрессирующие пептиды? И почему предкам животных понадобились нейроны? Теперь, когда у нас есть более четкое представление о том, как выглядели самые ранние нейроны, исследование их первоначальной функции может начаться».

#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.

Написать комментарий