Подсказки об эволюции нервной системы найдены в лишённой нервов губке
Учёные из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UC Santa Barbara) обратились к простой губке, чтобы найти ключи к эволюции сложной нервной системы. Они обнаружили, что, если не считать механизма, координирующего экспрессию генов, ведущих к образованию нейронных синапсов, губки и остальной животный мир могут быть не так уж далеки друг от друга. Результаты исследования под названием «Функционализация протосинаптической сети экспрессии генов» опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Если вы заинтересованы в поиске действительно древних истоков самой нервной системы, мы знаем, где искать», — заявил Кеннет Косик, профессор нейробиологии.
Таким местом, по словам Косика, является эволюционный период, когда практически всё остальное животное царство ответвилось от общего предка, которого оно разделяет с губками — древнейшей известной группы животных с живыми представителями. Что-то должно было произойти, чтобы стимулировать эволюцию нервной системы — характеристики, общей для существ от простых медуз и гидр до сложных людей.
Предыдущее секвенирование генома Amphimedon queenslandica — губки, обитающей в Большом Барьерном рифе Австралии — показало, что он содержит те же гены, которые приводят к образованию синапсов. Синапсы — это высокоспециализированные характерные компоненты нервной системы, отправляющие химические и электрические сигналы между клетками. По словам Косика, синапсы подобны микропроцессорам, выполняющим множество сложных функций: они отправляют и принимают сигналы, а также меняют поведение при взаимодействии — свойство, называемое «пластичностью».
«В частности, мы надеялись понять, почему морская губка, несмотря на наличие почти всех генов, необходимых для построения нейронного синапса, не имеет вообще никаких нейронов», — пояснила первый автор статьи, постдокторант UCSB Сесилия Конако.
На этот раз учёные исследовали РНК (рибонуклеиновую кислоту) губки — макромолекулу, контролирующую экспрессию генов. Они проследили активность генов, кодирующих белки синапса, на разных стадиях развития губки.
«Мы обнаружили, что многие из них включаются и выключаются, как будто они что-то делают», — сказал Косик. Однако по сравнению с теми же генами у других животных, которые экспрессируются в унисон (что предполагает согласованные усилия по созданию синапса), гены у губок не были скоординированы.
«Это было так, как будто сеть генов синапса ещё не была соединена», — отметил Косик. Критическим шагом в эволюции нервной системы в том виде, в каком мы её знаем, стало не изобретение гена, создающего синапс, а регуляция уже существующих генов, которые каким-то образом были скоординированы для одновременной экспрессии. Этот механизм закрепился в остальном животном царстве.
Работа не завершена. Планы на будущие исследования включают более глубокий взгляд на некоторые этапы, ведущие к формированию синапса, и изучение изменений в нервных системах после начала их эволюции.