Ученые наблюдают передачу нейронных стимулов, окрашивая нервные клетки новым антителом
Пресноводные полипы (гидры) благодаря простому строению тела с ограниченным числом типов клеток используются для изучения фундаментальных процессов жизни. В последние годы гидра переживает ренессанс как модельный организм в нейронауке — во многом благодаря инициативе BRAIN в США.
«У гидры очень простая нервная система без центрального управления, то есть у неё нет мозга. Довольно сложное поведение полипа контролируется нервной сетью», — объясняет эксперт по гидрам профессор Берт Хобмайер. «Также захватывает то, что нервная система гидры, как и она сама, постоянно растёт. Однако пока не понятно, как новые нервные клетки, производимые ежедневно, интегрируются в существующую систему».
Новое исследование, недавно опубликованное в журнале eLife под руководством LMU Munich, проливает свет на эту тему. Хотя нервы в гидре соединены через нейриты, как и у более развитых животных, нервные импульсы передаются не напрямую от кончика нейрита к кончику. Вместо этого нейриты от разных нервных клеток располагаются бок о бок и формируют пучки.
«Пучки состоят из двух-семи нейритов, и информация передаётся по всей длине пучка», — отмечает Хобмайер, подчёркивая результат, особенно удививший исследователей.
Сочетание электронной микроскопии высокого разрешения и новых молекулярно-биологических методов также показало, что коммуникация в нервной системе происходит в основном через межклеточные соединения — щелевые контакты (gap junctions).
Такая особая структура позволяет стимулам распространяться с относительно высокой скоростью по всей нервной системе и контролировать поведение полипа. Исследователи также смогли показать, что у гидры есть две независимые нервные сети.
Антитело с историей
Эти и другие детальные наблюдения стали возможны благодаря антителу, открытому более 20 лет назад в исследовательском проекте LMU Munich, в котором участвовал Хобмайер. «Мы создали антитело для другой цели — локализации кадгерина. Для этого оно не подошло, но уже тогда было описано как окрашивающее нервную систему», — говорит учёный.
Именно это антитело было использовано в недавно опубликованном исследовании, проведённом под руководством Чарльза Дэвида, бывшего научного руководителя Хобмайера. Контакт между наставником и учеником поддерживался десятилетиями, что привело к старому-новому сотрудничеству.
Зоологи из Университета Инсбрука поддержали исследование своим методологическим опытом работы с гидрами. «Изучение процессов клеточной коммуникации в живых организмах требует очень индивидуальной и качественной подготовки ткани животного», — говорит Хобмайер.
«Только так мы можем изучить каждую отдельную ткань с наилучшим возможным разрешением в электронном микроскопе». Исследователи объединили данные трансмиссионного электронного микроскопа с молекулярными данными и получили гораздо лучшее представление о том, как происходит распространение стимулов в этой эволюционно очень древней нервной системе.
Реликты эволюции
Понимание нервной системы гидры означает для науки нечто большее: получение сравнительного взгляда на эволюцию многоклеточных животных и их нервных систем.
Гидры — это стрекающие, возраст которых превышает 600 миллионов лет. Ещё древнее только губки и гребневики; обе группы считаются возможными точками отсчёта для многоклеточных животных и имеют разные предшественники нервных систем, отличающиеся от таковых у гидры.
«По этим разным группам можно увидеть, как экспериментировала эволюция», — говорит Хобмайер, ссылаясь в этом контексте на недавние исследования, которые считают гребневика (относящегося вместе с гидрой к кишечнополостным) предком всех многоклеточных животных.