Нейроны гребневика ломают представления об эволюции нервной системы
Гребневики - это студенистые морские существа, которые используют крошечные волоски для передвижения по воде. Причем сами животные хищники и довольно крупные, они могут достигать 1,5 метра.
Биологи из Университета Оксфорд Брукс, Великобритания исследовали нервную систему гребневика в личиночной стадии. Команда создала 3D-реконструкцию нервной сети. Ученые использовали особую технику сканирования. Электронный микроскоп делает снимок, после этого алмазный нож срезает верхнюю часть образца. Затем процесс повторяется. Получается «стопка» кадров. Изображения складывают и формируют трехмерный набор данных с высоким разрешением.
Команда обнаружила уникальную особенность нервной системы гребневика: нейроны не соединены синаптическими связями, как в нервной системе любого другого животного, а слиты между собой и имеют общую непрерывную мембрану. Фактически у гребневика все нейроны образуют своего рода одну «клетку».
Такие «сросшиеся» нейроны, характерны только для «главной» нервной сети гребневика. Они не встречаются в сенсорные клетках или щупальцах. Там — все по классике: нейроны соединяются через синаптические связи. «Слившиеся» нейроны оказались настолько неожиданными, что ученые несколько раз перепроверили свои результаты, но все подтвердилось.
Другая жизнь
«Долгое время считалось, что нервная система возникла однажды и больше не исчезала», — говорит журналу Nature эволюционный биолог Кейси Данн из Йельского университета в Нью-Хейвене, штат Коннектикут. — «Теперь мы поняли, что картина гораздо более тонкая и сложная».
Нейробиолог Леонид Мороз из Лаборатории морских бионаук Уитни при Университете Флориды в Сент-Огастине исследовал гипотезу независимого развития гребневиков в 2014 году. Его команда проанализировала геном одного из видов гребневика и обнаружила, что в его последовательности отсутствуют важные гены, определяющие формирование нейронов, которые встречаются у всех других известных животных. Это побудило Мороза и его коллег выдвинуть гипотезу, что гребневики развили нервную систему независимо. Это — другой путь эволюции. Но эти результаты были встречены скептически. «Большинство людей говорили, что это безумная идея», — говорит Мороз. — «Это противоречило здравому смыслу». Он считает, что данные последнего исследования подтверждают гипотезу о том, что нервная система гребневика действительно развивалась независимо.
Команда проделала «потрясающую работу» с 3D-реконструкцией нервной сети животного, добавляет Мороз, но отмечает, что удалось изобразить только 5 нейронов нервной сети из тысяч: «Я думаю, что это начало большого пути».
Столетний спор отцов-основателей нейробиологии
Полученные результаты возродили давний спор двух основателей нейробиологии, разделивших Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1906 года за работу над структурой нервной системы. В то время как биолог Камилло Гольджи утверждал, что нервные клетки животных образуют непрерывную, сросшуюся сеть, нейробиолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль утверждал, что нейроны — это отдельные клетки, соединенные синапсами. Позднее теория Кахаля была подтверждена с помощью электронной микроскопии, что положило конец спорам. Но работа о нейронах гребневика говорит, что теория Гольджи тоже может иметь место.
Ученые говорят, что следующим шагом будет изучение других видов гребневиков на разных стадиях развития. Но кажется, у эволюции был выбор. Теперь необходимо ответить, почему в большинстве случаев развивалась структура нервной системы, в которой отдельные нейроны соединяются синапсами, как, например, у человека, а не сливаются в одну огромную «клетку», как у гребневика.
Гребневик — или один из первых, или просто первый многоклеточный организм на Земле. У него все не так, как у остальных