Команда исследователей из Венского университета и Института Альфреда Вегенера в Бремерхафене обнаружила, как глаза взрослых морских щетинковых червей продолжают увеличиваться в размере на протяжении всей их жизни. Этот постоянный рост обеспечивается кольцом нейронных стволовых клеток, структура которых напоминает те, что найдены в глазах позвоночных. Примечательно, что эти стволовые клетки также реагируют на свет из окружающей среды. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, предлагает новые перспективы в эволюции глаз и подчеркивает, как свет может влиять на нервную систему взрослых особей, даже у видов, которые часто считают биологически простыми.
Люди обычно ассоциируют сложные глаза с млекопитающими, птицами или осьминогами. Однако морские кольчатые черви, такие как щетинковый червь *Platynereis dumerilii*, обладают глазами камерного типа, подобными тем, что у позвоночных и головоногих, причём некоторые виды способны к удивительно детальному зрению. Учёные долго задавались вопросом, как эти глаза беспозвоночных продолжают расти во взрослом состоянии. Совместная команда из Венского университета, Института Альфреда Вегенера в Бремерхафене и Университета Ольденбурга приступила к изучению этого вопроса и выявила данные, которые бросают вызов традиционным представлениям.
Глаза камерного типа как у позвоночных, так и у беспозвоночных являются классическими примерами параллельной эволюции – они возникли независимо как сопоставимые решения схожих биологических потребностей. Чтобы понять, как такие глаза продолжают развиваться после достижения зрелости, исследователи изучили глаза взрослых особей *Platynereis* – хорошо зарекомендовавшего себя модельного организма для изучения фоторецепторов и эволюции мозга.
Используя одноклеточное секвенирование РНК, первый автор исследования Надя Миливоев из Департамента нейронаук и биологии развития Венского университета выявила молекулярные маркеры, связанные со стволовыми клетками, и нанесла на карту их расположение и поведение в сетчатке червя. Её работа показала выраженную область по краю сетчатки, которая плотно заполнена делящимися нейронными стволовыми клетками всякий раз, когда глаз взрослой особи увеличивается. «Было примечательно обнаружить делящиеся клетки на краю сетчатки червя – в том же месте, где некоторые группы позвоночных сохраняют свои стволовые клетки сетчатки для роста глаз на протяжении всей жизни», – отмечает Миливоев.
Эта область, известная как «реснитчатая краевая зона», как полагают, поддерживает непрерывный рост глаз, и теперь такой же механизм наблюдается и в сетчатке щетинкового червя. Старший автор Флориан Райбле из Венского университета указывает, что у позвоночных, таких как рыбы и амфибии, эта область производит новые нейроны сетчатки, пока организм продолжает расти. Он объясняет: «Примечательно, что работа Нади показала: глаза щетинкового червя также могут добавлять новые фоторецепторные клетки и увеличивать свой размер – особенность, которая не была хорошо изучена за пределами линии позвоночных».
Команда также обнаружила, что свет в окружающей среде червей играет прямую роль в регуляции роста глаз. Генетические и молекулярные анализы выявили, что за этот эффект отвечает светочувствительный белок под названием c-опсин. Эта молекула также находится в палочках и колбочках позвоночных. Предыдущие исследования предполагали, что глаза червей полагались на другой класс опсинов, поэтому присутствие c-опсина vertebrate-типа стало неожиданным открытием. Миливоев и её коллеги установили, что эта молекула появляется на ранних стадиях предшественников фоторецепторных клеток червя, что указывает на её роль в качестве молекулярного переключателя, связывающего воздействие света с активностью стволовых клеток. Эти результаты показывают, что зрительные системы не только обнаруживают свет, но также могут регулировать свое развитие в ответ на него.
Полученные данные устраняют давний пробел в понимании того, как глаза как позвоночных, так и беспозвоночных продолжают расти и поддерживать себя. Демонстрация того, что глаза *Platynereis* зависят от кольца нейронных стволовых клеток, приближает исследователей к раскрытию универсальных принципов, которые руководят эволюцией сенсорных органов. Результаты также поднимают несколько новых вопросов. Могут ли другие популяции стволовых клеток в организме реагировать на окружающий свет? И как искусственное освещение может влиять на эти естественные биологические процессы? Исследователи надеются, что будущие исследования систем стволовых клеток червя помогут ответить на эти вопросы, предлагая новое понимание того, как нервная система адаптируется и восстанавливается. Старший автор Кристин Тессмар-Райбле (Венский университет, Институт Альфреда Вегенера, Университет Ольденбурга) подчёркивает, что «фундаментальные исследования для выявления неожиданного необходимы для понимания биологической сложности жизни и возможных последствий антропогенного воздействия».
