Біологи вперше записали всі «думки» гідри

Двоє співробітників Колумбійського університету (США) вивели трансгенних гідро, клітини яких містять суперчутливий флуоресцентний сенсор збудження. Завдяки цьому вченим вдалося поспостерігати за активністю кожного нейрона в тілі тварини, і з'ясувати, що за різні поведінкові реакції відповідає окремий нейронний контур. Статтю опубліковано в журналі Current Біологія.

Гідри – це маленькі (від кількох міліметрів до 1,5 сантиметрів завдовжки) прісноводні тварини, далекі родичі медуз. Ці істоти в ході еволюції одними з перших обзавелися нервовою системою. Вона складається з кількох тисяч нейронів, які рівномірно розподілені по тілу, не утворюючи жодних скупчень. Досі вважалося, що нейрони гідри утворюють два функціональні ланцюжки (два нервові контури, як заведено писати у вітчизняній фізіології) — одна, відповідальна за так званий скорочувальний імпульс, потрібна для різкого згортання тіла, що виглядає як перетворення гідри зі стеблинки на кульку. Друга відповідає за ритмічні потенціали - спонтанну електричну активність, необхідну для скорочення в радіальному напрямку, що виглядає як невелике витягування тіла гідри. Однак, крім згортання в клубочок, гідра вміє робити ще дещо, наприклад, полювати і реагувати на світло. При освітленні гідри, яка знаходилася до цього в темряві, вона починає витягуватися у бік джерела світла або «кувати» в той самий бік, а іноді починає рухатися у бік джерела, роблячи перекиди. Як здійснюється контроль за цими складнішими рухами, було незрозуміло.

Автори роботи вирішили досконало вивчити нервову систему гідри, застосувавши при цьому сучасні молекулярні методи. Оскільки активація нейрона супроводжується викидом іонів кальцію в цитоплазму, для візуальної детекції збудження можна використовувати внутрішньоклітинні рецептори кальцію, виготовлені на основі флуоресцентних білків. Той факт, що тіло гідри є абсолютно прозорим, робить її зручним об'єктом для подібних спостережень. Вчені отримали трансгенний гідр, усі нейрони яких містили подібний сенсор. Далі просто записуючи активність тварин на камеру, а потім обробляючи інформацію про порушення кожного окремого нейрона, дослідникам вдалося скласти уявлення про те, яка нейронна мережа активується при кожній поведінковій реакції. Фактично, автори роботи вперше повністю візуалізували роботу нервової системи тварини, нехай і такої простої.

Насамперед, з'ясувалося, що нейронний контур, що відповідає за ритмічні потенціали, насправді складається з двох — один дійсно необхідний для радіальних скорочень тіла, а інший активується лише за реакції на світло та забезпечує витягування тіла у бік джерела. Третій контур відповідає за різкий скорочувальний імпульс. Виявилася окрема група нейронів, локалізована під щупальцями і відповідальна за «кивання». Крім того, виявилося, що нейрони належать до одного контуру, які, таким чином, між собою не перекриваються.

За підсумками роботи автори заявляють, що їм вдалося скласти першу повну карту мозкової активності тварини — хоча під мозком в даному випадку розуміється вся нервова система. Важливо, що вченим вдалося як зареєструвати роботу всіх нейронних мереж, а й співвіднести її з конкретною поведінкою.Деякі фахівці віднеслися скептично до ідеї зарахувати гідру до модельних тварин поряд з мишею та рибкою даніо реріо. Однак, враховуючи, що гідро належить найдавніша з точки зору еволюції нервова система, знання про її пристрій можуть допомогти прояснити деякі базові механізми в складніше влаштованих мізках.

Яка нервова система характерна для гідри?

Нервова система гідри визначається як дифузна і складається з об'єднаних між собою нервових клітин, так званої нервової мережі, яка охоплює все тіло гідри. Іноді такий тип нервової системи називають розсіяним нервовим скупченням. Це найпримітивніший вид нервової системи серед тварин, який зустрічається у кишковопорожнинних. При цьому реагує така нервова система на зовнішні подразники на рівні безумовних рефлексів, варто лише торкнутися або вколоти тіло гідри у будь-якій її частині, як гідра миттєво стискається. Відбувається це тому, що сигнал від однієї клітини нервової мережі відразу поширюється по всій нервовій системі.