Как ИИ изменит нашу жизнь — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
5 сентября
Михаил Орлов
7
19 421

Биологи узнали, как аксолотль регенерирует мозг

5.7

Аксолотль — амфибия, способная к размножению в форме личинки — обладает потрясающими возможностями к регенерации. В новой статье ученые выяснили молекулярные механизмы, благодаря которым аксолотлю удается восстанавливать мозг даже после удаления его значительной части.

Аксолотль, личинка Ambystoma mexicanum
Аксолотль, личинка Ambystoma mexicanum / © Wikimedia Commons

Аксолотль — животное удивительное уже само по себе, ведь оно представляет собой неотеническую форму бесхвостой амфибии амбистомы (Ambystoma mexicanum). Это означает, что в процессе эволюции аксолотли научились размножаться, задерживаясь на личиночной стадии развития и обходясь без метаморфоза, который превращает их во взрослую особь.

Однако уникальная амфибия имеет и другую «суперспособность» — речь идет о ее фантастической регенерации. Аксолотлю ничего не стоит не только заживить тяжелые раны, но и отрастить утраченные конечности, хвост, сердце и даже мозг. В том числе поэтому этот родич саламандр оказался популярным объектом биологических исследований.

В то же время популярность среди владельцев террариумов аксолотль приобрел благодаря экзотическому виду и очень симпатичному «выражению» морды.

В новой статье для ведущего научного журнала Science ученые описывают молекулярные механизмы регенерации аксолотля, а именно — его поврежденного мозга. По этому случаю его фото даже красуется на обложке этого престижного издания.

Сама возможность амфибии к воссозданию наиболее сложного органа — не новость: о ней биологи узнали еще в далеком 1964 году. Тогда удалось показать, что крупному аксолотлю не страшна потеря части мозга (даже довольно крупной), ведь она довольно быстро восстанавливается.

Аксолотль попал на обложку Science / © Avalonred Alamy Stock Photo

В то же время биологи полагали, что аксолотль не может в полной мере воссоздать структуру утраченных тканей мозга.

Этим вопросом занялись авторы новой публикации — исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (Швейцария) и Института молекулярной патологии (Австрия), которые изучают процесс регенерации тканей на молекулярном уровне. В данном случае их интересовало, сможет ли аксолотль создать заново все те различные типы клеток, которые имелись в удаленной части его мозга, — то есть будет ли новый орган структурно полноценным.

К проблеме авторы подошли основательно — ранее они даже опубликовали анатомический атлас мозга этой амфибии. В итоге стало известно много нового и о причинах ее регенеративной способности, и об эволюционном прошлом вида Ambystoma mexicanum.

Чтобы точно знать, с какими тканями и клеткам они имеют дело и получить картину происходящего в высоком разрешении, биологи обратились к методу транскриптомики одиночных клеток (single-cell RNA sequencing, scRNA-seq).

В отличие от изучения морфологии нейронов и даже их биохимических маркеров, эта методика чрезвычайно точна. В разных клетках в определенный момент времени работают конкретные гены — об этом позволяют судить молекулы РНК, которые анализируют при помощи scRNA-seq.

Ранее эта передовая методика применялась к рыбам, пресмыкающимся, мышам и людям, но не амфибиям — и новая публикация восполнила пробел.

Авторы сосредоточили свое внимание на определенной части мозга, так называемом конечном мозге, или теленцефалоне. У человека и других млекопитающих к этому отделу относят большие полушария, ответственные за самые сложные поведенческие и когнитивные функции.

В процессе эволюции теленцефалон претерпел сильные изменения — стал намного больше и сложнее. Однако у всех позвоночных он имеет общее происхождение, поэтому, изучая его развитие на примере аксолотля, мы узнаем и об эволюции мозга человека.

Транскриптомику одиночных клеток авторы применили к различным клеткам в конечном мозге, включая недифференцированные, нейробласты. Они либо воспроизводят сами себя, либо становятся новыми нейронами — иными словами, благодаря им нервные клетки успешно восстанавливаются.

Итак, биологи выяснили, какие именно гены активны в клетках-предшественниках, когда те превращаются в нейроны. Оказалось, такая дифференциация происходит через стадию особых промежуточных клеток, о которых ранее не было известно. После удаления части конечного мозга аксолотля ученые наблюдали его регенерацию в течение 12 недель и отмечали появление новых популяций клеток по характерным паттернам экспрессии генов в них.

Выяснилось, что аксолотль и правда успешно и в полной мере восстанавливает ткани поврежденного и даже частично утраченного мозга — для этого у амфибии имеется сложная и многостадийная регуляция процесса регенерации мозга.

На первой стадии регенерации увеличивается число клеток-предшественниц, часть из них инициирует заживление раны. На второй — эти клетки начинают дифференцироваться в нейробласты. На третьей, завершающей стадии нейробласты дают начало специализированным клеткам, которые в точности соответствуют исходным нейронам — и аксолотль возвращает себе полноценный мозг.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 11:38
Василий Парфенов

На «Заводе 42» компании Northrop Grumman в Палмдейле, штат Калифорния, прошла торжественная церемония выкатки новейшего стратегического бомбардировщика B-21 Raider. Малозаметный самолет должен в ближайшем будущем частично заменить устаревающий парк Rockwell B-1 Lancer и Northrop Grumman B-2 Spirit, и даже взять на себя ряд задач, которые выполняют совсем уж «старички» Boeing B-52 Stratofortress.

Позавчера, 16:05
Анна Новиковская

Найти лекарство от старости — заветная мечта человечества, но вполне может оказаться, что для мужчин и для женщин их придется разрабатывать по отдельности. Во всяком случае, один из самых многообещающих антивозрастных препаратов, рапамицин, по-разному воздействовал на самцов и самок дрозофил, продлив жизнь одним и не повлияв на других.

Позавчера, 12:31
Алиса Гаджиева

Серию секретных рисунков и надписей, добавленных таинственной женщиной-переписчицей, обнаружили в рукописи возрастом более 1200 лет.

Вчера, 11:38
Василий Парфенов

На «Заводе 42» компании Northrop Grumman в Палмдейле, штат Калифорния, прошла торжественная церемония выкатки новейшего стратегического бомбардировщика B-21 Raider. Малозаметный самолет должен в ближайшем будущем частично заменить устаревающий парк Rockwell B-1 Lancer и Northrop Grumman B-2 Spirit, и даже взять на себя ряд задач, которые выполняют совсем уж «старички» Boeing B-52 Stratofortress.

Позавчера, 16:05
Анна Новиковская

Найти лекарство от старости — заветная мечта человечества, но вполне может оказаться, что для мужчин и для женщин их придется разрабатывать по отдельности. Во всяком случае, один из самых многообещающих антивозрастных препаратов, рапамицин, по-разному воздействовал на самцов и самок дрозофил, продлив жизнь одним и не повлияв на других.

Позавчера, 12:31
Алиса Гаджиева

Серию секретных рисунков и надписей, добавленных таинственной женщиной-переписчицей, обнаружили в рукописи возрастом более 1200 лет.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

24 ноября
Анна Новиковская

В то время как основные мировые языки со временем упрощают письменность, существует одно яркое исключение: китайский язык. За свою историю, насчитывающую три тысячелетия, его система письма становилась только сложнее и до сих пор остается крайне сложной для изучения.

[miniorange_social_login]

Комментарии

7 Комментариев

-
0
+
Вероятно, сведения о том, каким должен быть общий дизайн мозга, заложены в каждом нейроне данного существа.. на уровне памяти предков.. И сценарии (которых может быть больше одного) восстановления мозга до исходных конфигураций - заложены там же.. в каждом отдельном нейроне. Коллективная работа оставшихся нейронов усиливается, благодаря общей слаженности и бесконфликтности.. Целый компактный мир в рамках оставшейся части повреждённого мозга.
05.09.2022
-
2
+
Мозг - это не только hardware, но и software, и memory. Софт и данные все-таки, наверное, даже у аксолотля восстановлению не подлежат?
    -
    2
    +
    у амфибий довольно простой мозг и такое же поведение. коры больших полушарий нет вообще. так что думаю они могут себе позволить потерять что хранилось в их конечном мозге
    +
      ещё комментарии
      05.09.2022
      -
      1
      +
      Ну, если бы они были совсем простые, им, наверное, и мозг был бы не нужен) Видимо, все-таки после таких потерь аксолотлям приходится немного "впадать в детство" и начинать обучать свою нейросеть заново.
        Возможно, они сохраняют изученное уцелевшими областями, так что скорее временно впадают в маразм, а затем достраивают нейросети для максимального соответствия существующим структурам. Эдакий аналог восстановления файлов с "битыми" цилиндрами на HDD, а то и в незеркальном RAID-массиве (на одном диске каждый третий или четвёртый блок и т.п.).
          06.09.2022
          -
          0
          +
          Ретроспективное восстановление нейросети - такое, вообще, возможно? А вот дублирование наиболее важных цепей для сложного мозга (человеческого, например), насколько я понимаю, совершенно нормальный процесс. Мозг амфибий прост, но вполне может использовать тот же прием. Ведь если на время "отращивания" нового куска мозга аксолотль превратится в овощ, смысла в этом будет мало - все равно, скорее всего, сожрут.
    -
    0
    +
    Хороший вопрос.. восстанавливаются ли данные памяти.. здесь необходимы эксперименты.. Выработать определённый инстинкт.. понаблюдать и отметить особенности поведения отдельного экземпляра.. затем - манипуляции с мозгом.. затем, дальнейшее наблюдение: сохранились ли закреплённые ранее инстинкты.. сохранились ли особенности поведения.. или особь приобрела новые "черты характера".. Вероятно, аксолотль не настолько глуп, чтобы подобные эксперименты были невозможны..

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: