Детальные трехмерные реконструкции ключевой сенсорной структуры гребневиков – одних из древнейших животных на планете – выявили гораздо большую сложность, чем предполагали ученые. Результаты исследования, опубликованные в журнале Science Advances, позволяют предположить, что простая система, подобная мозгу, могла существовать уже 550 миллионов лет назад, предлагая новый взгляд на то, как эволюционировали нервные системы.
Гребневики – это хрупкие морские животные с желеобразным телом, обладающие специализированной структурой под названием аборальный орган. Этот орган позволяет им определять гравитацию, давление и свет, координируя их поведение. Чтобы заглянуть внутрь этого древнего механизма, команда ученых под руководством Павла Буркхардта из Центра Майкла Сарса применила метод объемной электронной микроскопии. Это позволило создать чрезвычайно подробные 3D-модели органа на клеточном уровне.
Анализ выявил поразительное разнообразие – 17 различных типов клеток, 11 из которых ранее не были известны науке. «Я была почти сразу поражена морфологическим разнообразием клеток аборального органа, – делится впечатлениями Анна Феррайоли, ведущий автор исследования. – Его сложность поразительна по сравнению с аналогичными органами других животных. Он уникален!». Такое многообразие подтверждает, что орган функционирует как сложная мультимодальная сенсорная система.
Исследование также показало, что аборальный орган тесно связан с нервной системой гребневика, которая представляет собой сеть из сросшихся нейронов. Ученые обнаружили прямые синаптические связи, обеспечивающие двустороннюю коммуникацию. Одновременно многие клетки органа содержат пузырьки с химическими веществами, что указывает на их способность к так называемой «объемной передаче» – распространению сигналов в окружающие ткани. Такой гибридный механизм, сочетающий точечные и широковещательные сигналы, приближает его по функциональности к мозгу. «Я бы сказала, что это определенно не похоже на наш мозг, но это можно определить как орган, который гребневики используют в качестве мозга», – добавляет Феррайоли.
Эти выводы ставят под сомнение идею о едином происхождении центральной нервной системы. Анализ экспрессии генов, отвечающих за развитие, показал, что у гребневиков они работают иначе, чем у других животных. Это говорит о том, что их «мозг» не является прямым предком структур, обнаруженных в других группах организмов. «Другими словами, – заключает Павел Буркхардт, – похоже, что эволюция изобретала централизованные нервные системы более одного раза».
Связь сложной структуры с поведением подтверждается и смежным исследованием. Ученые реконструировали нейронную сеть, отвечающую за чувство гравитации, и с помощью высокоскоростной съемки показали, как она координирует биение ресничек на теле животного. Именно эта слаженная работа позволяет гребневикам сохранять ориентацию в толще воды. Таким образом, новые данные убедительно доказывают, что ранние нервные системы могли быть гораздо более централизованными и сложными, чем принято было считать.
