Карта мышечной активности гидры раскрывает механизмы поведения

Исследователи из Колумбийского университета и Морской биологической лаборатории (MBL), возможно, впервые в мире, составили полную карту мышечной активности всего тела животного во время его движения и поведения.

Их исследование, опубликованное в Current Biology, добавляет доказательств тому, что скоординированная активность множества клеток, работающих вместе, порождает новые функциональные и поведенческие свойства, отсутствующие у одиночных клеток.

Ученые наблюдали паттерны мышечной активности у гидры, когда она изгибала, сокращала и удлиняла свое трубчатое тело и щупальца. Основываясь на предыдущем успехе в картировании полной нейронной активности гидры, они выявили семь различных паттернов мышечной активности и обнаружили, что отдельные мышечные клетки могут участвовать в нескольких паттернах с разной кинетикой.

«Выявленные нами паттерны активации реализовывались не конкретными, выделенными клетками, а зависели от свойств мышечной ткани в целом и взаимосвязей между клетками», — говорит первый автор Джон Шимански.

По словам старшего автора Рафаэля Юсте, это исследование приближает ученых к «взлому нейронного кода» и пониманию связи между стимулом и нейронным ответом.

Тело гидры состоит из двух слоев мышц, разделенных двумя нервными сетями. Мышечные клетки создают движение, воздействуя на белковые волокна:

• Продольные волокна (от рта к подошве) — при сокращении тело становится коротким и толстым.
• Циркулярные волокна (вокруг горизонтальной оси) — при сокращении тело становится длинным и тонким.

Ранее считалось, что эти слои работают противоположно и не могут активироваться одновременно. Однако исследователи обнаружили, что в некоторых случаях, например при продольных сокращениях, активны оба мышечных слоя — возможно, чтобы животное могло вытеснить воду, постоянно поступающую в его клетки.

Также выяснилось, что каждая отдельная клетка может выполнять более одной функции и участвовать более чем в одном паттерне активации. Эта многофункциональность логична, учитывая ограниченное количество клеток у гидры.

Интересно, что нервные сети играют относительно ограниченную роль в движении. Нейроны могут инициировать активность, но паттерны ее распространения организуются самими мышечными клетками, работающими согласованно.

«Наблюдение за животным, которое может функционировать с такими базовыми паттернами активности, самоорганизуемыми мускулатурой, позволяет легче представить, как могло выглядеть донейронное животное, и дает glimpse в раннюю эволюцию нервной системы», — говорит Шимански.