Рыбы с ногами и воровство у морских слизней: Учёный о важности изучения необычных организмов

Во время визита в Морскую биологическую лабораторию в Вудс-Хоул (Массачусетс) Кори Аллард заметил нечто странное: рыбы использовали шесть ногообразных придатков, чтобы «ходить» по дну аквариума.

Учёный узнал, что эти придатки, вероятно, являются сенсорными органами, помогающими рыбам (так называемым морским петухам, или триглам) искать добычу в песке. Его интерес возрос, когда выяснилось, что об этих рыбах почти ничего не известно, кроме пары работ 1970-х годов. Это наблюдение положило начало его исследовательскому пути, который привёл его к должности ассистент-профессора клеточной биологии в Институте Блаватника Гарвардской медицинской школы.

Его лаборатория, открывшаяся осенью 2023 года, использует подход, основанный на любопытстве, для изучения различных видов. Цель — выявить фундаментальные биологические принципы, некоторые из которых могут в конечном итоге найти применение в медицине или промышленности.

Что и зачем изучают в лаборатории?

Лаборатория фокусируется на видах с необычными признаками или поведением, которые бросают вызов нашим представлениям о биологии. Изучая, как эти признаки функционируют на молекулярном и клеточном уровне и как они эволюционировали, можно ответить на более широкие вопросы нейробиологии, эволюции и сравнительной биологии.

Исследователи переворачивают с ног на голову принцип физиолога Августа Крога («Для каждого научного вопроса есть идеально подходящий для его изучения организм»), доказывая, что большинство необычных организмов могут чему-то нас научить.

Лаборатория изучала головоногих моллюсков, морских петухов, а сейчас — удивительную линию морских слизней. Каждый вид выбран для ответа на вопрос, который нельзя задать, используя стандартные модельные организмы вроде мышей или рыбок данио.

Примеры исследований

Нервная система головоногих

В качестве постдока в Гарварде Аллард изучал организацию и функцию нервной системы осьминогов и кальмаров. Их сложная нервная система, обеспечивающая комплексное поведение, организована радикально иначе, чем у других видов, включая человека.

Исследователи сосредоточились на сенсорной функции присосок на щупальцах, задавая вопросы: какие в них сенсорные рецепторы? Как эти клетки связаны с нервной системой? Как присоски управляют уникальным для головоногих поведением?

Эволюция новых органов у морских петухов

Морские петухи — отличный пример появления нового признака в эволюции позвоночных. Лаборатория изучает их «ноги»: что они собой представляют, как функционируют как сенсорные органы, как развиваются и эволюционировали.

Уже обнаружено, что у морских петухов есть дополнительные области в мозге и спинном мозге, предназначенные для контроля и обработки сенсорной информации от этих придатков. Это исследование можно было провести только на этом конкретном виде.

«Воровство» органелл морскими слизнями

Один из текущих главных проектов посвящён двум линиям морских слизней, которые крадут клеточные части у других видов:

1. Один слизень поедает водоросли и крадёт их хлоропласты (органеллы для фотосинтеза), встраивая их в свои собственные клетки для производства пищи.
2. Другой слизень поедает актиний и крадёт стрекательные органеллы, получая способность жалить.

Учёные хотят понять базовую биологию этого процесса: как слизни крадут, поддерживают и используют чужие органеллы. Если удастся научиться воспроизводить это в лаборатории в других типах клеток, это может иметь медицинское или промышленное применение.

Методы и сотрудничество

Лаборатория не ограничивается одной методикой, а использует всё необходимое: RNA sequencing, биоинформатику, гистологию, микроскопию, электрофизиологию. Поскольку изучаемые виды не являются модельными организмами, для них часто приходится разрабатывать инструменты с нуля.

Практически каждый проект — коллаборативный. Например, в проекте по морским петухам лаборатория сотрудничает с группой Рэйчел Вольфсон из того же департамента, которая изучает вопросы внутренней сенсорики у мышей.

Значение базовых исследований и федерального финансирования

Аллард подчёркивает, что его исследования — пример фундаментальной науки, которая изначально не имеет чёткого непосредственного применения, но часто приводит к крупнейшим прорывам.

Такой тип науки критически зависит от государственного финансирования. Существует риск его потерять, если возобладает мнение, что важные исследования должны напрямую вести к созданию прибыльного продукта (например, нового лекарства) в краткосрочной перспективе.