Многоклеточные организмы без нервной системы ведут себя как рой
Координация между индивидуумами — фундаментальная проблема для любых коллективов, будь то правительство страны или простые многоклеточные организмы. Как группа множества клеток координируется в единое тело, демонстрирующее согласованное поведение? У более развитых животных эту функцию выполняет нервная система.
Однако если обратиться к началу эволюционного древа, можно заметить, что некоторые из первых многоклеточных животных способны к скоординированному движению, не имея нервной системы. Пример — плакозоа Trichoplax adhaerens, простейший из описанных многоклеточных животных. Это морская амёба с настолько недифференцированным телом, что у неё нет не только нервной системы, но и рта, желудка, мышц, крови или сосудов. Тем не менее, она подвижна благодаря коллективному действию тысяч ресничек, которые могут биться в любом направлении.
Это заставило учёных задаться вопросом: как скопление клеток может двигаться скоординированно без «мозга»? В новой статье в Proceedings of the National Academy of Sciences исследователи во главе с Павлом Романчуком изучили координацию клеток у T. adhaerens, измерив, насколько слаженно движутся особи разного размера.
Ключевые выводы:
- Клетки инициируют движение, находясь на границе между состоянием порядка и хаоса — в так называемом «состоянии критичности».
- Это явление известно для мозга животных и было ранее описано для косяка мексиканских рыб в Nature Physics как своеобразный «коллективный мозг».
- Исследование сочетали микроскопические наблюдения за движением разных частей организма с математической моделью, симулирующей его как самоорганизующийся коллектив подвижных клеток.
- Компьютерное моделирование показало, что поведение животных можно объяснить только если они функционируют в состоянии критичности.
Компромисс и ограничения:
- Критичность, обеспечивающая координацию, имеет свою цену: чем крупнее животное (как коллектив клеток), тем менее организованным выглядит его движение.
- Учёные количественно оценили этот компромисс между размером и координацией у T. adhaerens.
- Существует максимальный размер (1–2 мм), за пределами которого система уже не может двигаться согласованно.
Это открытие проливает новый свет на то, как и почему у более крупных организмов эволюционировали иерархические структуры, такие как нервная система.