Биологи «расшифровали» нервную систему гидр

Гидры (Hydra) — род пресноводных кишечнополостных, обитающих в реках с медленным течением и стоячих водоемах. При длине тела от одного до 20 миллиметров в ходе эволюции эти животные обзавелись нервной системой одними из первых. Известно, что она представляет собой равномерно распределенную по телу сеть из нескольких тысяч нейронов, однако точная структура этой системы изучена недостаточно. По современным представлениям, нейроны гидр образуют два нервных контура: первый отвечает за резкое сокращение, что выглядит как сворачивание тела из стебля в шар. Второй контур обеспечивает ритмические потенциалы — сокращение в радиальном направлении, или вытягивание. В то же время, гидры способны на более сложную активность, например охоту и реакцию на свет. В последнем случае животное «кивает», вытягивается или двигается в направлении источника света, при этом нейронный субстрат таких маневров неясен.

Чтобы устранить этот пробел, американские ученые использовали современные молекулярные методы. В основу описанной техники легла визуальная детекция возбуждения нейронов с помощью внутриклеточных сенсоров кальция — ионы кальция выбрасываются в цитоплазму в ответ на активацию клетки. Прозрачность тела гидр при этом делает их оптимальным модельным организмом для подобных исследований. Авторы вывели трансгенных животных, нейроны которых содержали сенсор кальция. Затем они фиксировали активность гидр на видеокамеру и, после обработки измерений, сопоставили показатель с уровнем возбуждения каждой клетки. Таким образом удалось определить нейронные сети, специфические для разных поведенческих реакций, фактически впервые полностью визуализировав процесс работы нервной системы животного, пусть и относительно простого.

Анализ показал, что нервный контур, который обычно обеспечивает сокращение в радиальном направлении, состоит из двух частей: один отвечает за ритмические потенциалы, а другой задействуется в ответ на освещение, что выражается в движении по направлению к его источнику. Третья функциональная цепочка, как и предполагалось, ассоциируется с резким сокращением. Также ученые выявили группу нейронов, ответственных за «кивание» гидр, — они локализованы под щупальцами. Примечательно, что все нервные клетки животных принадлежат к строго определенному контуру, и последние не пересекаются друг с другом. По словам биологов, полученные данные указывают на то, что им удалось реконструировать полную карту нейронной активности гидр (о мозге речь не идет, поскольку нервная система Hydra децентрализована).

Между тем ряд специалистов отнеслись к перспективе использования гидр в качестве модельных организмов наряду с рыбами данио-рерио или мышами скептически. Однако тот факт, что эти животные обладают древнейшей, с точки зрения эволюции, нервной системой, данные о ее структуре и механизмах работы могут помочь в изучении базовых процессов, лежащих в основе более сложных систем.

Статья опубликована в журнале Current Biology.