Keistus neuronus turintys gyvūnai gali perrašyti smegenų evoliucijos istoriją (Video)

„Šie neuronai yra unikalūs,” sako Pawel Burkhardt iš Bergeno universiteo Norvegijoje.

Įstabieji šukuočių neuronai gali būti adaptacija prie jų gyvenimo būdo ir kūno veikimo.

Jie taip pat prisideda prie ilgų evoliucijos biologų debatų apie pirmųjų gyvūnų smegenų išsivystymą. O būtent, nesutariama, ar smegenys išsivystė vieną kartą labai ansktyviems gyvūnams, ar kelis kartus skirtingose grupėse.

Šukuočiai yra viena iš seniausių gyvūnų grupių – ir seniausia, turinti nervų sistemą. Nors iš pirmo žvilgsnio, primena medūzas, jų evoliucinės istorijos nesusijusios. Savo pavadinimą jie gavo nuo kūno pakraščiuose esančių „šukų“. Šios šukos yra eilė smulkių čiuptuvėlių, kuriais šukuočiai iriasi per vandenį.

"

Šukuočiai didelių centrinių smegenų neturi, tik ploną neuronų tinklą. „Lig šiol nepavykdavo išsiaiškinti, kas šioje nervų sistemoje vyksta,” pažymi Burkhardtas. Kitų gyvūnų neuronai išskiria būdingas chemines medžiagas, tiksliau, mažus baltymus, vadinamus neuropeptidus. Bet šukuočių neuronų neuropeptidų identifikuoti niekam nepavyko.

Burkhardto komanda tyrinėjo šukuočius Mnemiopsis leidyi, kurių genomas jau yra nuskaitytas. Tyrėjai mašininio mokymosi įrankiu iš šio genomo prognozavo 129 galimus neuropeptidus. Tuomet išaugino M. leidyi laboratorijoje, ir aptiko 16 iš tų neuropeptidų jų neuronuose. Jie nebuvo panašūs į jokių kitų gyvūnų neuronus.

„Taip jie smarkiai rizikavo, ir manau, atsipirko,” sako Leslie Babonis iš Cornell universiteo Niujorke.

Vėlesniuose eksperimentuose komanda šiais neuropeptidais sužymėjo individualius neuronus, ir išsiaiškino, kad keturios medžiagos išmatuojamai veikia jų elgesį, pakeisdamos šukuočių plaukimo greitį.

Galiausiai, tyrėjai sudarė trimatį gyvūno nervų tinklo neuronų vaizdalapį. Jie sudarė jį, nuskenuodami plonus šukuočių sluoksnelius elektroniniu mikroskopu.

Neuronai turi pagrindinį kūną su keliomis ataugomis, vadinamomis neuritais. Šukuočių neuronuose yra išsišakojusių, tačiau daugelyje taškų susijungusių neuritų masyvas. Tai reiškia, kad tinklą kolektyviškai sudaro ne tik neuronai: individualūs neuronai patys yra kaip tinklai. „Tai labiau primena voratinklį ar trampliną,” sako Burkhardtas. „Nesu matęs nieko panašaus jokiuose kituose gyvūnuose.”

Šukuočių neuroną savo 1880 metų knygoje Über den Bau der Ctenophoren nupiešė vokiečių zoologas Richard Hertwig, bet tik dabar Burkhardto komanda stebėjimą patvirtino.

Nėra aišku, kam šukuočiams prisireikė tokių tinklinių neuronų. Burkhardtas spėja, kad to reikia, vienu metu judinant visus plačiai pasklidusius čiuptuvus – tad signalas juos judinti po kūną turi sklisti greitai.

Šis atradimas gali prisidėti prie diskusijos apie smegenų išsivystymo evoliuciją. Ilgai daryta prielaida, kad ankstyvieji gyvūnai neuronų neturėjo, nes pirmųjų tebegyvenančių padarų grupių, iš kurių atsišakojo gyvūnų evoliucinė šaka ir pradėjo vystytis nepriklausomai, protėviai – pintys – jų neturi.

Tačiau kai kurie biologai mano, kad iš gyvūnų evoliucijos medžio pirmi atsišakojo šukuočių, o ne pinčių protėviai, o tai dera su idėja, kad neuronai ir smegenys išsivystė nepriklausomai bent du kartus. M. leidyi genomas, publikuotas 2013 metais, tai rodė – tačiau nuo tada ginčas tebevyko.

Idėja, kad šukuočiai buvo pirmi, atrodo nelogiškai, nes jie sudėtingesni už pintis, sako Babonis.

„Žmonėms sunku priimti šią ryšio tarp sudėtingumo ir šių gyvūnų evoliucinės eilės tvarkos idėją,” sako ji. „Bet duomenų vis daugiau ir daugiau.”

Burkhardtas pažymi, kad neturėtume apjungti grupės atsiskyrimo pirmenybės ir neuronų išsivystymo kartų klausimo. Jis nurodo kitą gyvūnų grupę – plokščiagyvių – atsiskyrusių vėliau už šukuočius, tačiau neturinčių neuronų.

„Net jei plokščiagyviai yra vėlesni, jie vis viena kuo puikiausiai galėjo susikurti savo nuosavą nervų sistemą,” sako Burkhardtas. „Manau, dar pernelyg anksti tvirtinti, ar [neuronai] išsivystė nepriklausomai. Bet šis straipsnis aiškiai atveria duris plačiau.”

Michael Marshall
www.newscientist.com

Nuoroda: bioRxiv, DOI: 10.1101/2021.03.31.437758