Крошечный червь может объяснить, как мы ощущаем гравитацию

Механизмы, с помощью которых мы ощущаем гравитацию, в значительной степени неизвестны. Интересно, что модельный организм C. elegans (микроскопический червь) также может определять направление силы тяжести, хотя для него нет очевидной экологической причины это делать.

Чтобы разгадать эту загадку и понять основы нашего собственного чувства гравитации, команда исследователей из Пенсильванского университета под руководством профессора Хайма Бау и доцента Дэвида Райзена провела серию экспериментов на этом организме. Ведущий автор Алекс Чен и соавторы Хунтанг Ко и Освальд Чуан внесли свой вклад в эту работу.

C. elegans разделяет более половины своих генов с человеком, что позволяет генетические исследования давать представление о генах, ответственных за сходные черты у людей. Идея изучить генетику гравитаксиса (способности двигаться в ответ на гравитацию) возникла случайно, когда исследователи заметили, что черви в воде всегда плывут ко дну кюветы.

"Мы задались вопросом: они реагируют на гравитацию или просто тонут, будучи тяжелее в верхней части?" — говорит Бау.

Команда опубликовала исследование в журнале BMC Biology. C. elegans особенно удобен для генетических манипуляций: "Мы можем включать и выключать гены, чтобы понять их функцию, а затем применить эти знания к человеческим генам, поскольку эти молекулярные механизмы сохраняются в животном мире", — поясняет Бау.

Эксперименты с водными растворами разной плотности подтвердили активную реакцию червей на гравитацию: "За считанные секунды черви наклонялись вниз и плыли в направлении силы тяжести", — говорит Бау.

Чтобы определить механизм, исследователи сначала нарушили функцию сенсорных ресничек — клеточных структур, специализирующихся на сенсорных функциях. Без этих ресничек черви больше не ориентировались по гравитации. Затем выяснилось, что черви, лишенные нейромедиатора дофамина или рецепторов, реагирующих на него, также теряли способность обнаруживать гравитацию.

"Когда мы отключали [дофамин] у мутантов, способность обнаруживать гравитацию терялась", — говорит Бау.

Интересно, что при воздействии добавок дофамина на стадии личиночного развития и позже, в растворе, часть этой способности возвращалась, "указывая на возможность фармакологического восстановления".

Эта связь между дофамином и восприятием гравитации дает представление о возможных применениях для здоровья человека. Исследование носит фундаментальный характер, но его результаты поддерживают будущие исследования восприятия гравитации у людей, особенно у пожилых, склонных к падениям.

Например, люди с болезнью Паркинсона, при которой дефектны дофаминовые нейроны, склонны к частым падениям, возможно, из-за нарушения восприятия гравитации. Понимание того, как дофамин способствует восприятию гравитации у червей, может иметь значение для понимания его функции у людей.