Как безголовые гидры чувствуют и реагируют на прикосновения
Исследователи из Университета Райса и Калифорнийского университета в Дэвисе провели всесторонний анализ того, как пресноводные гидры (Hydra vulgaris) — маленькие стрекающие животные — ощущают прикосновение. Их работа, опубликованная в журнале eLife, направлена на понимание фундаментальных принципов работы нейронных сетей.
Методология
- Учёные использовали генетически модифицированных гидр, экспрессирующих зелёный флуоресцентный белок при активации нейронов.
- Животных помещали в микрофлюидное устройство, где на них воздействовали контролируемой механической силой («тычком»), вызывая сокращение.
- Исследователи удаляли определённые наборы нейронов и даже части тела, чтобы наблюдать, как оставшиеся сети реагируют на стимуляцию.
Ключевые открытия
- Два типа нейронов: В теле гидры были идентифицированы два различных типа нейронов: «механически чувствительные» и ранее открытые «нейроны вспышки сокращения». Они распределены по всему телу и демонстрируют разные паттерны активности при спонтанных и вызванных сокращениях.
- Роль регионов: Оба региона — оральный (возле
щупалец, гипостом) и аборальный (у «ноги», педаункул) — участвуют в
спонтанных сокращениях.
- Гипостом играет более значительную роль в координации моторного ответа. Его полное удаление значительно снижает реакцию гидры на прикосновение.
- Педаункул содержит высокую концентрацию моторных нейронов, участвующих в сокращении. При стимуляции активация кальциевых сетей начинается от «ноги» и распространяется вверх.
- Избыточность и устойчивость: Когда у гидры удаляли одну из сетей или разрезали её пополам, оставшиеся нейроны брали на себя функции для поддержания, по крайней мере, рудиментарной работы и/или регенерации утраченных частей. Это демонстрирует принцип избыточности, важный для выживания.
Значение исследования
- Нервная система гидры, хотя и радиально симметрична и распределена, демонстрирует элементы специализации регионов и обработки сенсорной информации, что наблюдается и у других животных.
- Способность этой нервной системы к полному восстановлению может содержать принципы, применимые для повышения устойчивости искусственных сетей, таких как энергосистемы или интернет.
- Изучение нетрадиционных модельных организмов, таких как гидра, позволяет выявить фундаментальные принципы нейробиологии, которые могут быть скрыты у более сложных животных.