Naukowcy umieścili dyskotekowe „stroboskopy” w meduzach, aby zobaczyć jak funkcjonują bez mózgów

Reklama

śr., 12/22/2021 - 12:04 -- MagdalenaL

Źródło: Pixabay.com

Naukowcy opracowali nowy model badania prostego na pierwszy rzut oka układu nerwowego meduz.

Może i meduzy nie mają mózgu, jednakże są w stanie robić zaskakująco skomplikowane rzeczy ze swoim nieskomplikowanym układem nerwowym. A teraz, dzięki bawieniu się genami meduz, naukowcy opracowali metodę podglądania wewnętrznego funkcjonowania tych zwierząt. 

W nowym badaniu, naukowcy stworzyli model wykorzystując gatunek Clytia hemisphaerica, przezroczystej meduzy o kształcie parasola o tubiastej jamie gębowej w jej centrum. Ta malutka meduza dorasta do promienia jedynie 1cm, co oznacza, że zespół mógł umieścić całe zwierzę pod mikroskopem i obserwować cały jego układ nerwowy naraz.

Podczas gdy ludzki mózg służy jako centrum kontroli dla całego ciała, meduzy nie mają takiej struktury w swoich układach nerwowych. Zamiast tego, wiele meduz wyposażone jest w „siatkę” nerwów odchodzących symetrycznie od centrum ich ciała; ponadto, mają pierścień nerwów, który obiega spód „dzwonu” - część meduzy, która wygląda jak półksiężyc. Jak wynika z raportu z 2013 roku w czasopiśmie Current Biology, niektóre meduzy nie posiadają siatek nerwowych, a mają wyłącznie ich pierścienie. Jednakże C. hemisphaerica ma obydwie struktury. 

Najważniejszym pytaniem jest: skoro te małe meduzy nie mają scentralizowanej kontroli nad ruchami, jak są w stanie wykonywać skoordynowane akcje? Na przykład, w jaki sposób te bańkowate stworki chwytają krewetki z kolumny wody, a następnie składają się w pół i przyciągają przekąski w kierunku swoich cylindrycznych ust?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, zespół wyhodował partię C. hemisphaerica z modyfikacją genetyczną, która kodowała białko zwane GCaMP, które fosforyzuje na zielono przy kontakcie z wapniem. 

To specjalne świecące białko zostało umieszczone w genomie meduzy w taki sposób, aby fosforyzowało wyłącznie w aktywnych neuronach, jak wyjaśnił pierwszy autor Brandon Weissbourd, dr. hab. biologii i inżynierii biologicznej na Kalifornijskim Uniwersytecie Technologicznym. „Gdy neurony są aktywne, stężenie wapnia [wewnątrz neuronów] rośnie, dzięki czemu GCaMP emituje światło. To oznacza, że aktywność nerwowa wygląda jak błyski” - Weissbourd opowiedział Live Science w e-mailu. 

Ale meduzy świecą naturalnie. A więc, aby można było łatwiej zobaczyć błyski, zespół wykorzystał CRISPR, aby wyciąć konkretny gen, który koduje inne fluorescencyjne białko, które przyćmiewało GCaMP.

Zamieniwszy swoje meduzy w miniaturowe pokazy świetlne, zespół przeprowadził kilka eksperymentów, aby sprawdzić, które z neuronów świeciły podczas ich typowych zachowań żywieniowych. Odkryli, że, gdy meduzy chwyciły krewetkę lub napotkały „ekstrakt krewetki”, wytworzony przez zespół, grupa neuronów fizycznie najbliżej krewetki nagle zaświeciła się. 

Ta aktywacja nie przepłynęła przez całą meduzę, tak jak fale przepływają przez kałużę wody, gdy wrzucić w nią kamyk. Zamiast tego, tylko neurony w dobrze widocznym regionie o kształcie klina w „dzwonie” zaświeciły w odpowiedzi na krewetkowy przysmak. Klin aktywnych neuronów wyglądał, według raportu, jak pojedynczy kawałek pizzy wycięty z okrągłego placka. Zespół odkrył, że neurony najbliższe krewetce zaświeciły się pierwsze, a potem dołączała do nich reszta klina.

Gdyby więc umieścić krewetkę na brzegu kawałka pizzy, zaświeciłby się on pierwszy, a reszta kawałka podążyłaby w jego ślady. Ten efekt fali zbiegał się w czasie ze składaniem się meduzy w rogu jej dzwonu, aby przyciągnąć krewetkę do jej jamy gębowej. 

Weissbourd stwierdził, że zespół nie spodziewał się zaobserwować tego stopnia organizacji w, wydawałoby się, nieustrukturyzowanej sieci nerwów. „Odnalezienie wewnętrznej struktury w sieci było z całą pewnością zaskakujące”, dodał. 

W przyszłości, zespół zamierza prześledzić jak meduzy kontrolują wszystkie swoje zachowania, nie tylko karmienie, i planują zbadać różne gatunki meduz, które wykazują inne zachowania od C. hemisphaerica, wyjawił Weissbourd. Przykładowo, podczas gdy niektóre meduzy wykonują podobne metody transportu pokarmu do C. hemisphaerica, zamiast tego, inne używają dalekosiężnych części jamy gębowej, aby wyskubywać jedzenie ze swoich macek. „Biorąc pod uwagę różnorodność meduz, i fakt, że tak wiele z nich jest małych i przezroczystych, myślę, że mogą zapewnić w przyszłości ekscytujące pole do zrozumienia ewolucji układów nerwowych.”

Te badania błyskających meduz mogą również uchylić rąbka tajemnicy podstawowych zasad rządzących wszystkimi układami nerwowymi, od najprostszych do najbardziej skomplikowanych. „Chodzi o to, aby opracować eksperymentalne i teoretyczne podejścia do zrozumienia jak funkcjonują prostsze układy nerwowe, jako krok w kierunku zrozumienia ludzkiego mózgu, który jest znacznie bardziej skomplikowany”, Weissbourg wyjaśnił Live Science.

Autor: 
Nicoletta Lanese / tłum. Bartłomiej Kamiński 

Reklama