Эксперименты по отсечению рук у морских звезд раскрыли механизм отбрасывания конечностей

Животные за тысячелетия эволюции изобрели множество способов спасения от хищников. Одни научились быстро бегать, другие нарастили панцирь, третьи придумали притворяться мертвыми и так далее. Удивительный механизм избегания смерти — автотомия, то есть отсечение собственной конечности. Это можно назвать малой жертвой, поскольку организм хотя и становится неполноценным в результате самоампутации, но не погибает, а у некоторых существ конечность может вырасти заново.

Хорошо известен пример ящериц, которые отбрасывают хвост, если кто-то его хватает, но существуют и более оригинальные стратегии выживания. Похожие на пауков и активные зимой хионеи могут лишать себя лап, когда те слишком замерзают, — так в тело не попадают кристаллы льда. Иглистые мыши сбрасывают часть своей кожи, чтобы сбежать от хищника, а затем регенерируют ее вместе с волосяными луковицами.

Отсекать собственные конечности умеют и морские звезды — некоторые виды делают так при раздражении одной из рук. Биологи знают, какие мышцы за это отвечают, в каких условиях срабатывает автотомия, но нейронный механизм до недавнего времени был неясен.

Исследователи из Великобритании решили в этом разобраться и провели эксперимент с морской звездой вида красный астериас (Asterias rubens). В результате они выяснили, какой нейропептид делает животное «безруким». Отчет об этом опубликован в журнале Current Biology.

На красных астериасах часто ставят опыты, поскольку это беспозвоночное способно регенерировать утраченные конечности. Ранее ученые секвенировали геном этой морской звезды и выделили два нейропептида: ArSK/CCK1 и ArSK/CCK2. Они тормозят пищевое поведение и отвечают за втягивание и сокращение желудка. У других животных вещества того же типа связаны с тревогой, паникой и стрессом.

В новом эксперименте биологи ввели 33 особям раствор с этими пептидами и смотрели, будут ли они запускать автотомию рук. Контрольным звездам (их было 54) вводили воду, и ничего не происходило. Никакого эффекта не дал и пептид ArSK/CCK2, но на ArSK/CCK1 подопытные среагировали активно: две звезды отбросили по одной руке, одна отбросила три, еще две — четыре конечности, так что они стали однорукими.

В другом эксперименте исследователи сымитировали нападение чайки на морских звезд. Они зажимали конечности беспозвоночных, когда часть тела была в воде.

Выяснилось, что чем ближе к телу было место зажима, тем чаще срабатывала автотомия. Инъекция дополнительного нейропептида ArSK/CCK1 усилила этот эффект — разрыв в средней части конечности случался чаще. Одной морской звезде хватило чуть больше секунды, чтобы отсечь себе руку, когда та была зажата у кончика. Остальным требовалось в среднем 303,4 секунды.

В участках разрыва ученые выявили некоторые особенности, которых не было в других частях конечности. Там расположена маловолокнистая область, которую со стороны тела окружает полоса мышц. Авторы статьи проанализировали строение этой ткани и обнаружили в ней нервные волокна, которые реагируют на нейропептид ArSK/CCK1. Говоря иначе, секреция этого вещества запускает процесс автотомии.

«Это исследование не только раскрывает интересный аспект биологии морских звезд, но и открывает двери для изучения регенеративного потенциала других животных, включая человека. Расшифровав секреты самоампутации морских звезд, мы надеемся углубить наше понимание регенерации тканей и разработать инновационные методы лечения повреждений конечностей», — отметил соавтор исследования Морис Р. Элфик.