Новые данные о строении мозга раков-богомолов
Исследователи под руководством Ника Штраусфельда из Университета Аризоны и Габриэллы Вольф, ныне работающей в Вашингтонском университете, обнаружили в мозге раков-богомолов — главных хищников-членистоногих коралловых рифов — структуры, которые, согласно устоявшимся представлениям, там находиться не должны.
Речь идёт о грибовидных телах — структурах, играющих ключевую роль в формировании памяти и обучении. До сих пор считалось, что они есть только у насекомых. Это открытие, опубликованное в журнале с открытым доступом eLife, ставит под сомнение общепринятый сценарий эволюции структур мозга у членистоногих.
Поскольку общепринято, что насекомые произошли от ракообразных, а грибовидные тела были уникальны для насекомых, биологи полагали, что эти структуры возникли уже после того, как линия насекомых отделилась от линии ракообразных.
Исследование указывает на два возможных сценария:
- Грибовидные тела намного древнее, чем считалось, и были утрачены почти всеми ракообразными, кроме раков-богомолов (отряд ротоногие, или Stomatopoda).
- Грибовидные тела развились у ротоногих независимо (конвергентная эволюция), аналогично таковым у насекомых.
Метод и доказательства
Используя метод иммуногистохимии, учёные обработали тонкие срезы ткани мозга рака-богомола антителами к белкам, участвующим в обучении и памяти. Под микроскопом характерные для грибовидных тел насекомых доли «засветились» очень интенсивно.
Команда расширила набор нейроанатомических признаков для идентификации этих структур с трёх до четырнадцати. «К нашей радости, как и у насекомых, у раков-богомолов обнаружились все из них», — отмечает Штраусфельд.
Кто ещё обладает такими структурами?
Исследование показало, что среди ракообразных только раки-богомолы обладают настоящими грибовидными телами. Однако некоторые их атрибуты были также обнаружены у их близких родственников: чистильщиков, креветок-щелкунов и сухопутных раков-отшельников.
Авторы предполагают, что это не случайно. Именно эти таксоны — единственные среди ракообразных, которые зависят от памяти о точных местах (например, для поиска пищи). «Одним из предполагаемых факторов эволюции крупных грибовидных тел является необходимость запоминать точное местоположение и свойства мест, где можно добыть пищу», — пишут авторы.
Эволюционная загадка
Авторы признают, что их находка не даёт окончательного ответа на вопрос, как и когда эволюционировали грибовидные тела. Гипотеза конвергентной эволюции сложных структур так же интригующа, как и альтернатива — их раннее появление у общего предка членистоногих.
«Мы не можем исключить конвергенцию, — говорит Вольф, — потому что сложные структуры могут эволюционировать несколько раз, хотя это и не самый вероятный сценарий».
В предыдущих работах Вольф и Штраусфельд обнаружили структуры, напоминающие грибовидные тела, у таксонов, существовавших до ракообразных и насекомых: у многоножек, пауков и даже плоских червей. «Я думаю, что наиболее вероятно, что эти структуры существовали у последнего общего предка членистоногих, а виды, у которых их нет, вторично утратили их», — заключает Вольф.
Окончательный ответ, по мнению авторов, могут дать исследования транскриптомов грибовидных тел — паттернов экспрессии генов в их нейронах.
«Наш вопрос, на который мы в конечном итоге хотим ответить: каким был самый ранний мозг? — говорит Штраусфельд. — Наше исследование даёт нам представление о древней структуре мозга. Самый ранний мозг был не просто передним концом нервной системы, а чем-то более сложным».