Новое исследование раскрыло неожиданную сложность ключевого сенсорного органа у одних из древнейших животных на планете — ктенофоров, или гребневиков. Детальные 3D-реконструкции показали, что этот орган устроен гораздо сложнее, чем считалось. Открытие намекает, что простые аналоги мозга могли возникнуть у самых ранних животных, что меняет взгляд на эволюцию нервных систем.
Гребневики — хрупкие желеобразные обитатели морей, появившиеся около 550 миллионов лет назад. Они обладают специальным аборальным органом, который помогает ощущать гравитацию, давление и свет. Работа, опубликованная в Science Advances, демонстрирует, что этот орган является сложной и уникальной сенсорной системой.
«Наше исследование кардинально расширяет понимание того, как у животных эволюционировала координация поведения», — отмечает Павел Буркхардт, руководитель группы из Центра Михаэля Сарс (Университет Бергена).
Чтобы заглянуть внутрь органа, ученые использовали передовую объемную электронную микроскопию. Это позволило создать сверхдетальные трехмерные модели его строения.
Анализ выявил в аборальном органе 17 различных типов клеток, включая 11 ранее неизвестных секреторных и ресничных типов. Такое разнообразие подтверждает, что орган работает как сложный мультисенсорный центр.
«Меня сразу поразило морфологическое богатство клеток. Работа с такими данными — это ежедневные открытия, — делится первый автор исследования Анна Феррайоли. — Аборальный орган обладает поразительной сложностью. Он уникален!»
Орган тесно связан с особой нервной системой гребневиков, состоящей из сросшихся нейронов, образующих сплошную сеть по телу. Ученые обнаружили, что эта сеть образует прямые синаптические контакты с клетками аборального органа, обеспечивая двустороннюю связь.
При этом многие клетки органа содержат множество везикул, что указывает на способность к объемной передаче сигналов — выделению химических веществ в межклеточное пространство. Это говорит о том, что орган использует как синаптические, так и несинаптические механизмы коммуникации.
«Аборальный орган, конечно, не похож на наш мозг, но для ктенофора он, безусловно, выполняет роль центрального процессора», — объясняет Феррайоли.
Изучение активности генов у гребневиков показало, что хотя многие гены, отвечающие за организацию тела, у них присутствуют, их работа отличается от таковой у других животных. Это означает, что аборальный орган вряд ли является прямым предшественником мозга у других групп.
«Эволюция, судя по всему, “изобретала” централизованные нервные системы независимо несколько раз», — добавляет Буркхардт.
Эти выводы поддерживаются отдельной работой, проведенной японскими и немецкими учеными. Им удалось реконструировать полную нейронную схему, связанную с сенсорным органом гребневика. Сочетая высокоскоростную съемку и 3D-модели более 1000 клеток, исследователи показали, как нейронная сеть координирует биение ресничек для движения и ориентации в воде.
«Схожесть с нейронными цепями у других морских животных говорит о том, что решения для гравитационного чувства могли независимо возникать в разных эволюционных линиях», — комментирует Кей Джокура, один из авторов.
Таким образом, открытие сложной сенсорной системы у древних гребневиков заставляет пересмотреть пути становления нервных систем и указывает на множественность эволюционных решений для управления поведением.
Результаты работы опубликованы в Science Advances.
Изображение на обложке: сверху виден взрослый экземпляр крестофора Mnemiopsis leidyi. В центре изображения можно различить аборальный орган — сложную сенсорную структуру. Новое исследование, опубликованное группой Буркхардта в Центре Михаэля Сарс при Университете Бергена, показывает, что аборальный орган сопоставим с элементарным мозгом и предполагает, что централизованные нервные системы могли появиться раньше в эволюции, чем считалось ранее. Фото: Александр Ян, Michael Sars Centre/Университет Бергена
