В медуз вставили стробоскопы, чтобы увидеть, как они работают без мозгов
Медузы может и безмозглые, но они могут делать удивительно сложные вещи с помощью своей упрощенной нервной системы. Теперь, возясь с генами медуз, исследователи изобрели способ шпионить за внутренним устройством животных.
Читай также: Фото дня: Рыба застряла внутри полупрозрачной медузы
В новом исследовании ученые создали модель, используя вид медуз Clytia hemisphaerica, прозрачную медузу в форме зонтика с трубчатым ртом в центре. Крошечная медуза вырастает всего до 1 сантиметра в диаметре, что означает, что команда могла поместить всю медузу под микроскоп и сразу наблюдать за всей ее нервной системой .В то время как человеческий мозг служит централизованным центром управления телом, у медуз нет такой структуры в их нервной системе. Вместо этого многие медузы несут диффузную "сеть" нервов, которая симметрично расходится от центра их тел; кроме того, у них есть нервное кольцо, которое проходит по дну колокола - часть медузы в форме полумесяца. Согласно отчету журнала Current Biology за 2013 год, у некоторых медуз отсутствуют нервные сети и есть только нервные кольца, но C. hemisphaerica имеет обе эти структуры.
Большой вопрос в том, как эти крохотные медузы проявляют скоординированное поведение без централизованного контроля над их движениями? Например, как существа выхватывают креветок из толщи воды, а затем складываются пополам, чтобы тянуть закуски к своим трубчатым ртам?
Чтобы ответить на этот вопрос, команда подняла партию C. hemisphaerica с генетической модификацией, кодирующей белок под названием GCaMP, который светится зеленым при контакте с кальцием.
Читай также: Возле Великобритании заметили гигантскую медузу
По словам первого автора Брэндона Вайсборда, доктора биологии и биологической инженерии из Калифорнийского технологического института, специальный светящийся белок был вставлен в определенное место в геноме медузы, так что он засветился только в активных нейронах. "Когда нейроны активны, количество кальция [внутри нейронов] увеличивается, поэтому GCaMP становится более флуоресцентным. Это означает, что нервная активность выглядит как мигание", - сказал Вайсбурд.Но медузы от природы люминесцентны. Поэтому, чтобы более четко увидеть, как их искусственно созданное мигание, команда использовала CRISPR, чтобы вырезать определенный ген, который производит другой флуоресцентный белок, который по-прежнему превосходил введенный GCaMP, сказал он.
Таким образом, их медузы превратились в миниатюрные световые шоу, и команда провела ряд экспериментов, чтобы увидеть, какие нейроны загораются во время их типичного пищевого поведения. Они обнаружили, что, когда медуза цеплялась за креветку или вступала в контакт с "экстрактом креветок", созданным командой, группа нейронов, физически находившихся рядом с креветкой, внезапно загоралась.
Читай также: Гигантский улов: На пляж выбросило громадную медузу
Эта активация не прошла через всю медузу, как будто камень, шлепнувшийся в лужу, вызовет рябь по всей своей поверхности. Скорее, только нейроны в четко определенной клиновидной области колокольчика загорались в ответ на креветочную закуску. Согласно заявлению, этот клин активных нейронов имел форму кусочка пиццы внутри круглого пирога. Команда обнаружила, что сначала загорелись нейроны, которые были ближе всего к креветке, а затем множество стробоскопических огней осветили остальную часть среза.Так, например, если креветку положить на дальний край ломтика пиццы, на ее "корку", сначала загорится корка, а затем остальная часть ломтика. Этот эффект пульсации совпал с тем, что медуза свернулась в углу своего колокола, чтобы поднести креветку ко рту.
По словам Вайсборда, команда не ожидала увидеть такой уровень организации внутри, казалось бы, неструктурированной нервной сети. "Обнаружение внутренней структуры внутри сети было определенно неожиданным", - сказал он.
В будущем команда планирует изучить, как медузы контролируют все свое поведение, а не только кормление, и они планируют изучить различные виды медуз, которые ведут себя по-разному с C. hemisphaerica, сказал Вайсбурд. Например, в то время как некоторые медузы ведут себя при передаче пищи так же, как C. hemisphaerica, другие вместо этого используют длинный ротовой аппарат, чтобы срывать пищу со своих щупалец. "Учитывая разнообразие медуз и то, что многие из них маленькие и прозрачные, я думаю, что они могут предоставить в будущем захватывающую платформу для понимания того, как развивается нервная система".
Читай также: Ученые нашли неизвестную "космическую" медузу
Эти исследования стробирующих медуз также могут пролить свет на основные принципы, которые управляют всеми нервными системами, от самых простых до самых сложных. "Идея состоит в том, чтобы разработать экспериментальные и теоретические подходы к пониманию того, как работают более простые нервные системы, как шаг к пониманию человеческого мозга, который на несколько порядков сложнее", - сказал Вайсбурд.Команда опубликовала свои выводы 24 ноября в журнале Cell.
Напомним, ранее сообщалось, что возле берегов США обнаружили призрачную медузу.