Как осьминоги и кальмары демонстрируют эволюционную адаптацию
В двух отдельных исследованиях, опубликованных в Nature, учёные из лаборатории Беллоно в Гарварде и лаборатории Райана Хиббса в UC San Diego обнаружили ключи к пониманию того, как нервная система головоногих (осьминогов и кальмаров) адаптировалась для восприятия морской среды. Они описывают, как эти животные эволюционировали, используя семейство хемотактильных рецепторов в своих щупальцах.
От нейротрансмиттеров к «осязаемому вкусу» у осьминога
В первой работе исследователи описывают, как осьминог перепрофилировал эволюционно древние рецепторы нейротрансмиттеров для восприятия внешней среды. Они обнаружили, что хемотактильные рецепторы осьминога произошли от рецепторов нейротрансмиттера ацетилхолина (таких же, как у человека в нервно-мышечном соединении). Однако вместо восприятия нейротрансмиттеров рецепторы осьминога адаптировались для ощущения относительно нерастворимых, жирных молекул, прилипающих к поверхностям.
«Они используют свои щупальца для "осязаемого вкуса" — контактного исследования расщелин на морском дне», — пояснил старший исследователь Николас Беллоно.
Команда определила 3D-структуру рецептора осьминога и сравнила её с ацетилхолиновым рецептором. Общая архитектура двух рецепторов оказалась схожей, но связывающий карман рецептора осьминога сильно отличается и находится под эволюционным давлением отбора. Это показывает, как изменение лишь части белка создаёт новый рецептор и поведенческую функцию.
Восприятие горечи у кальмара
В отличие от осьминогов, кальмары — хищники-засадчики. Во второй работе учёные обнаружили, что химические рецепторы кальмара больше аналогичны нашему чувству вкуса. Они адаптировались для ощущения горьких молекул. Если кальмар чувствует горечь (возможный признак токсичности), он может отпустить добычу.
Связывающий карман рецептора кальмара оказался больше похож на карман для связывания нейротрансмиттера и способен связывать более гидрофильные молекулы.
Эволюционная временная шкала
Эти различия отражают эволюционную временную шкалу и адаптацию:
- Исходное состояние: нейротрансмиссия в ацетилхолиновых рецепторах.
- Адаптация кальмара: восприятие растворимой горечи.
- Инновация осьминога: «осязаемое вкусовое» восприятие нерастворимых молекул.
Эти исследования показывают, как тонкие структурные адаптации на уровне рецепторов могут приводить к новому поведению, соответствующему конкретной экологической нише животного.