Учёные выяснили, как медуза решает, когда жалить
Жалят или нет? Для медузы это вопрос, когда её щупальца касаются чего-либо, включая миллионы купающихся людей по всему миру.
Нематоцисты (стрекательные клетки) выстреливают со скоростью пули. Каждая такая специализированная клетка может быть использована только один раз, так как она разрывается при срабатывании и должна быть выращена заново после того, как медуза выбросит свой покрытый ядом гарпун в добычу или невезучего пловца. Учитывая ограниченность арсенала, требуется некоторая осмотрительность.
Чтобы предотвратить ненужное ужаление (включая себя), должна существовать сигнальная система, позволяющая клетке стрелять в нужный момент. Как эта система триггера и безопасности работает на молекулярном уровне у медуз и морских анемонов, долгое время оставалось загадкой. Команда исследователей из лаборатории Николаса Беллоно решила её.
Они определили, как нематоцисты, расположенные вдоль щупалец морских анемонов и медуз (оба типа относятся к стрекающим, или книдариям), обнаруживают и фильтруют различные сигналы из окружающей среды, чтобы контролировать, когда жалить, а когда — нет.
Исследователи обнаружили, что нематоцисты морской анемоны Nematostella vectensis имеют необычный кальциевый электрический ток, критически важный для запуска жалящего ответа. Однако ионный канал, контролирующий этот ток, открывается только при очень специфических условиях: комбинации механического стимула (касание щупальцем добычи или хищника) и присутствии определённых химических сигналов (от добычи или хищников).
В остальное время эти кальциевые каналы неактивны, и клетка остаётся в спящем состоянии до появления правильного сигнала.
Учёные предполагают следующую последовательность:
- Анемона обнаруживает химические вещества от добычи с помощью хемосенсорных клеток.
- Эти клетки передают информацию нематоцистам с помощью ацетилхолина (нейромедиатора).
- Ацетилхолин снимает инактивацию кальциевых каналов, "подготавливая" нематоцист: "Поблизости есть еда".
- Когда нематоцист получает механический сигнал (касание добычи), это приводит к открытию кальциевых каналов, огромному притоку кальция и выбросу нематоциста.
Предыдущие исследования уже показали, что для срабатывания нематоцистов нужна правильная комбинация сигналов, но молекулярный процесс был неизвестен. Новые данные складывают картину воедино, демонстрируя, как природа создаёт элегантные и простые системы для решения сложных задач, требующих сверхбыстрого принятия решений.
Особенность этой системы в том, что окончательное решение "жалить или нет" принимает сам нематоцист. Это пример того, как одиночная клетка должна правильно интегрировать нужные сигналы, чтобы принять верное (и очень радикальное) решение.
В исследовании, опубликованном в журнале eLife в мае, использовались различные методы: физиология, изучение поведения и электронная микроскопия, что позволило детально проследить электрические и химические процессы, ведущие к жалящей реакции.
Что касается того, почему медузы жалят около 150 миллионов человек в год, хотя люди не являются их добычей, наиболее вероятный ответ — защитная реакция. Возможно, дело также в нашем химическом составе. Некоторые анемоны используют разные нематоцисты для охоты и для защиты. Возможно, эти клетки настроены на специфические химические сигналы.