Учёные определили вероятное происхождение воздушного дыхания у позвоночных
Учёные из Университета Аляски в Фэрбенксе определили, по их мнению, предковый признак, позволивший развиться воздушному дыханию у позвоночных. Результаты исследования будут представлены на 42-й ежегодной встрече Общества нейронаук 17 октября в Новом Орлеане.
Для дыхания воздухом лёгкими нужны не только лёгкие, но и нейронная цепь, чувствительная к углекислому газу. Именно эта цепь позволяет дышащим воздухом организмам поглощать кислород (необходимый клеткам для преобразования пищи в энергию) и выводить образующийся в этом процессе углекислый газ. Исследователей интересует происхождение этой чувствительной к CO2 нейронной цепи, называемой генератором ритма.
Гипотеза происхождения
Майкл Харрис и его коллеги полагают, что воздушное дыхание, вероятно, развилось у предкового позвоночного, у которого ещё не было лёгкого, но уже был генератор ритма.
Для проверки этой идеи учёные изучают современных представителей примитивных предков, не дышащих воздухом, например, миног, в поисках свидетельств существования генератора ритма, выполнявшего иную функцию.
Минога как модель
Миноги — древние рыбы, имеющие сходство с первыми позвоночными. У них нет лёгких, и они не дышат воздухом. Личинки миног живут в трубках, вырытых в мягком иле, и дышат, прокачивая воду через тело. Когда ил или мусор засоряет трубку, они используют кашлеподобное поведение, чтобы вытолкнуть воду и прочистить её. Именно это поведение контролируется генератором ритма в их мозге.
Экспериментальные доказательства
Исследователи заметили, что «кашель» миноги очень напоминает дыхание у амфибий. Эксперименты с изолированным мозгом миноги показали:
- Измеренная нервная активность, обычно связанная с дыханием, демонстрирует паттерны, сходные с дыхательными.
- Генератор ритма оказался чувствительным к углекислому газу.
Эволюционное значение
Воздушное дыхание развилось у рыб и позволило позвоночным выйти на сушу, что привело к эволюции рептилий, птиц и млекопитающих. Без чувствительного к CO2 генератора ритма структура, которая должна была стать лёгким, могла бы не функционировать как лёгкое.
Как заключает Майкл Харрис, эволюция лёгочного дыхания могла стать результатом перепрофилирования уже существовавшего у безлёгочных позвоночных (вроде миноги) чувствительного к углекислому газу механизма «кашля».