Все живые организмы оснащены органами чувств для обнаружения изменений в окружающей их среде. Это может не показаться нам очевидным, но подобно тому, как мы можем ощущать тепло, холод, свет и тьму, мы также чрезвычайно искусны в ощущении гравитации. В нашем случае эту работу выполняет наше внутреннее ухо, помогая нам сохранять равновесие, осанку и ориентацию в пространстве. Но как насчет других организмов, например беспозвоночных, у которых нет позвоночника?
Орган, чувствительный к силе тяжести, у некоторых водных беспозвоночных, известный как «статоцист», на самом деле довольно интересен. Статоциста представляет собой заполненный жидкостью мешок с сенсорными клетками, выстилающими его внутреннюю стенку, и небольшой минерализованной массой, называемой «статолит», содержащейся внутри. При любом движении тела статолит движется и, следовательно, контактирует с сенсорными клетками внутренней стенки, отклоняя их. Отклонения, в свою очередь, активируют нейроны (нервные клетки), которые затем передают в мозг сигналы об изменении ориентации тела.
Однако то, как именно сенсорные клетки стимулируют нейроны, не совсем ясно для плоских червей acoel - мягкотелых морских животных с простой анатомией, которые представляют собой одну из самых ранних существующих форм жизни с двусторонним (лево-правым) симметрия. На данный момент зоологи знают, основываясь на том факте, что молодые плоские черви-акоэли иногда не могут ощущать гравитацию, что эта способность приобретается через некоторое время после вылупления из яиц.
В новом исследовании, опубликованном в журнале «Зооморфология», ученые из Университета Окаяма в Японии под руководством профессора Мотонори Андо попытались лучше понять этих любопытных существ. Но что именно такого привлекательного в плоских червях acoel? Профессор Андо объясняет: «Понимание механизма реакции Acoela на стимул может раскрыть фундаментальный механизм биологического контроля, который восходит к происхождению билатеральных животных, включая человека. Таким образом, эти организмы являются ключом к разгадке процесса эволюции».
Для своего исследования ученые использовали вид акоэлей под названием Praesagittifera naikaiensis или P. naikaiensis, который является эндемичным для побережья моря острова Сето в Окаяме. «Таинственный план тела P. naikaiensis может быть ключом к связи Окаямы и окружающей среды в мире», - говорит профессор Андо.
Чтобы изучить взаимосвязь между статоцистой и нервной системой P. naikaiensis, ученым пришлось сделать их обоих видимыми, что обычно выполнялось с помощью «маркера» или «метки».«Однако из-за отсутствия какой-либо подходящей метки для статоцисты они выбрали другую стратегию, в которой вместо этого они маркировали базальную пластинку, слой, на котором сидят сенсорные клетки. Что касается нервной системы, они маркировали нервные окончания, используя хорошо известный маркер Наконец, они изучили образец с помощью конфокальной микроскопии, метода, при котором свет фокусируется на определенном пятне на определенной глубине, чтобы стимулировать только локальные маркеры.
Результаты были блестящими. Ученые обнаружили, что плоский червь acoel развил способность ощущать гравитацию в течение 0-7 дней после вылупления, при этом после вылупления формируется статолит. Статоциста состоит из продольных и поперечных нервных тяжей, образующих так называемый «спаечный мозг» и «спайку, ассоциированную со статоцистой» (stc), характеризующуюся поперечными волокнами. Они предположили, что способность воспринимать гравитацию развивалась, когда: 1) статолит приобретал достаточную концентрацию солей кальция, 2) sc функционировали как нейроны, передающие сигналы, и 3) сенсорные клетки находились вне мешка и косвенно стимулировались статолит через базальную пластинку и stc.
Вдохновленный этими открытиями, профессор Андо предусмотрел направления будущих исследований и даже практическое применение их исследований. «Сообщалось, что близкородственные виды этого организма населяют побережье Северного моря, побережье Средиземного моря и восточное побережье Северной Америки. Поскольку существует большой интерес к общности их мест обитания, мы можем расширить наши исследования на более глобальном уровне, используя этих животных в качестве новой системы биотестирования для окружающей среды, в которой они живут, особенно перед лицом ускоренных темпов изменения климата и антропогенной деградации среды обитания. Кроме того, плоские черви acoel могут быть отличной биологической моделью для изучения болезней, вызываемых у людей. из-за аномалий сенсорных волосковых клеток», - говорит профессор Андо.