Модель раскрывает эволюцию древних нервных систем через окраску раковин

Исследователи из Университета Питтсбурга и Калифорнийского университета в Беркли использовали математические уравнения и симуляции на примере 19 видов хищных морских улиток Conus, чтобы создать модель пигментационных узоров на раковинах моллюсков. Это может помочь в понимании эволюции древних нервных систем.

Как отметил соавтор исследования, профессор вычислительной биологии Г. Бард Эрментраут, поверхность раковин представляет собой пространственно-временную запись активности, подобную электроэнцефалограмме (ЭЭГ), что особенно ценно, учитывая отсутствие прямых эволюционных записей о нервных системах.

Сложность и разнообразие узоров у близкородственных видов Conus затрудняли анализ их сходства, различий и эволюции. В статье, опубликованной 3 января в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), учёные решили эту проблему, объединив модели, основанные на естественных эволюционных связях, с реалистичной моделью развития, способной генерировать пигментационные узоры.

Эрментраут и его коллеги разработали уравнения и нейронную модель для формирования узоров на поверхности раковин. Затем аспирант инженерного факультета UC Berkeley Чжэньцюань Гун использовал компьютер для симуляции этих узоров, вручную подбирая параметры для создания базовой модели для каждого вида.

Результаты исследования позволили:

• Оценить пигментационные узоры раковин предковых видов.
• Выявить линии, в которых один или несколько параметров эволюционировали быстро.
• Измерить степень корреляции различных параметров с эволюционным развитием и историей организмов.

Поскольку параметры модели говорят об устройстве нервной системы моллюсков, этот метод представляет собой косвенный способ изучения эволюции простой нервной системы.

«Мы обнаружили, что некоторые аспекты нервной системы оставались довольно стабильными с течением времени, в то время как другие её части эволюционировали быстро», — сказал Эрментраут.

В будущем исследователи надеются использовать аналогичный подход для понимания других систем формирования узоров, контролируемых нервной системой, например, у головоногих моллюсков вроде каракатицы и осьминога, способных мгновенно менять рисунок на коже.