Исследователи раскрывают эволюционные истоки аппетита, изучая простую нервную систему гидры
Исследователи из Кильского университета, работающие в рамках Collaborative Research Center (CRC) 1182 и CRC 1461, изучают пресноводный полип Hydra — организм с диффузной нервной системой. Их новая работа, опубликованная в журнале Cell Reports, показывает, как нервная система гидры способна "измерять" внутреннее метаболическое состояние (сытость) и соответственно менять поведение.
Чувство сытости у гидры влияет на пищевое и связанное с ним поведение
- Насытившиеся гидры (после приема естественной пищи) до 8 часов слабее реагируют на пищевые стимулы: их ротовое отверстие открывается значительно медленнее или не открывается вовсе.
- После кормления у животных также наблюдается снижение привлекательности световых стимулов и подавление естественных двигательных паттернов (например, "кувыркающейся" локомоции).
- Гипотеза: сытость временно подавляет поведение, связанное с поиском пищи (движение к свету и активная локомоция).
Активность нервных клеток зависит от внутреннего метаболического состояния
Исследователи выявили две специфические и косвенно связанные популяции нейронов, активность которых меняется в зависимости от сытости:
- Популяция в эктодерме (наружном слое): её активность (частота) повышается во время кормления и затем снижается со временем, независимо от наличия пищи в кишечной полости. Она ответственна за локомоцию и интеграцию стимулов.
- Популяция в энтодерме (внутреннем слое): её активность определяется механическим присутствием пищи в пищеварительном тракте. Она напрямую связана с приемом пищи и выделением.
Функциональные эксперименты показали:
- При удалении эктодермальных нейронов животные теряли способность к движению и ориентации на свет.
- Энтодермальные нервные клетки связаны с пищеварением.
- Это указывает на суб-функционализацию нейронов и наличие у них централизованных функций, аналогичных более сложным нервным системам.
Нейропептиды, выделяемые при пищевом поведении, играют тормозящую роль
- В состоянии сытости у гидры значительно снижена экспрессия определенного нейропептида, который, как известно, участвует в контроле локомоции, сокращений и регуляции насыщения у других стрекающих (Cnidarians).
- Этот пептид производится только нервными популяциями, вовлеченными в пищевое поведение. Вероятно, он играет ключевую роль в регуляции аппетита у гидры, возможно, опосредуя косвенную связь между внутренней и внешней нервными популяциями.
Выводы и эволюционное значение
Исследование доказывает, что даже простая диффузная нервная сеть гидры способна:
- Ощущать сложное внутреннее метаболическое состояние.
- Соответственно регулировать широкий спектр связанного с питанием поведения через две основные популяции нейронов.
"Основываясь на этих наблюдениях, мы сможем больше узнать о том, как эта модуляция работает у более сложных организмов, и таким образом постепенно понять больше об эволюционных истоках чувства голода и его дальнейшем развитии", — говорит руководитель исследовательской группы профессор Томас Бош.