Прозрачная рыба без крыши черепа становится модельным организмом для нейрофизиологии
Ученый Зенкенберга Ральф Бриц совместно с исследователями из США Кевином Конвеем и Колом Кубичеком из Техасского A&M изучил эволюционное развитие скелета Danionella dracula — крошечной прозрачной рыбы. Рыба лишена нескольких костей, включая крышу черепа, и одновременно обладает высокоспециализированными органами для коммуникации. Благодаря этим особенностям Danionella становится важным модельным организмом в нейрофизиологических исследованиях. Исследование опубликовано в журнале Developmental Dynamics.
Для нейрофизиологических исследований позвоночных идеально подходит организм с прозрачным черепом, позволяющим наблюдать мозг в живом состоянии. Виды рода Danionella полностью соответствуют этим требованиям: их размер менее 11–17 мм, они относятся к семейству карповых. Danionella dracula, объект данного исследования, был открыт и описан лишь в 2009 году.
«Эта карликовая рыба прозрачна и лишена крыши черепа, что позволяет изучать мозг живого животного», — объясняет доктор Ральф Бриц. — «Миниатюризация Danionella и отсутствие многих костей, включая те, что обычно покрывают мозг, являются следствием гетерохронии — термина, введенного немецким зоологом Эрнстом Геккелем».
Гетерохрония — изменение временной последовательности этапов развития в эволюции — у Danionella dracula приводит, среди прочего, к ускорению полового созревания. В результате эти рыбы, анатомически напоминающие личинок, становятся половозрелыми при длине около 10 мм и способны к размножению.
Используя серию из 43 стадий развития этого вида, Бриц вместе с ведущим автором исследования Кевином Конвеем и его коллегой Колом Кубичеком изучили развитие животных от только что вылупившихся личинок длиной 3,4 мм до взрослых особей длиной 16 мм.
«Мы смогли показать, что у этих рыб отсутствует более 40 костей по сравнению с их близким родственником — рыбкой данио-рерио (Danio rerio)!», — говорит Бриц. — «В то же время другие части их скелета исключительно хорошо развиты. Особое значение в этом отношении имеет "Веберов аппарат", отвечающий за внутривидовую коммуникацию животных».
С помощью трех маленьких косточек, напоминающих слуховые косточки среднего уха человека, «Веберов аппарат» усиливает слух рыбы, передавая звуковые волны от плавательного пузыря к внутреннему уху. Однако самцы Danionella также используют этот слуховой аппарат для производства различных звуков амплитудой 140 децибел и частотой 60–120 герц для общения с сородичами. «Эта конкретная часть скелета Danionella развивалась не просто нормально, а с ускоренной скоростью», — добавляет ихтиолог из Дрездена.
Таким образом, животное сочетает в себе как характеристики личинки данио-рерио (маленький мозг, отсутствие костей черепа и пигментации кожи), так и нейронную сложность взрослых животных в плане слуха и внутривидовой коммуникации.
«Такая огромная разница в скорости развития различных систем органов внутри одного и того же организма очень необычна для позвоночных. Именно этот анатомический результат — личиночный и в то же время высокоспециализированный — сделал Danionella модельным животным для нейрофизиологии», — резюмирует Бриц.