Биологи впервые записали все «мысли» гидры

Двое сотрудников Колумбийского университета (США) вывели трансгенных гидр, клетки которых содержат суперчувствительный флуоресцентный сенсор возбуждения. Благодаря этому ученым удалось пронаблюдать за активностью каждого нейрона в теле животного, и выяснить, что за различные поведенческие реакции отвечает свой отдельный нейронный контур. Статья опубликована в журнале Current Biology.

Гидры — это маленькие (от нескольких миллиметров до 1,5 сантиметров в длину) пресноводные животные, дальние родственники медуз. Эти существа в ходе эволюции одними из первых обзавелись нервной системой. Она состоит из нескольких тысяч нейронов, которые равномерно распределены по телу, не образуя никаких скоплений. До сих пор считалось, что нейроны гидры образуют две функциональных цепочки (два нервных контура, как принято писать в отечественной физиологии) — одна, ответственная за так называемый сократительный импульс, нужна для резкого сворачивания тела, что выглядит как превращение гидры из стебелька в шарик. Вторая отвечает за ритмические потенциалы — спонтанную электрическую активность, необходимую для сокращения в радиальном направлении, что выглядит как небольшое вытягивание тела гидры. Однако, помимо сворачивания в клубочек, гидра умеет делать еще кое-что, например, охотиться и реагировать на свет. При освещении гидры, которая находилась до этого в темноте, она начинает вытягиваться в сторону источника света или «кивать» в ту же сторону, а иногда начинает двигаться в сторону источника, совершая кувырки. Как осуществляется контроль за этими более сложными движениями, было непонятно.

Авторы работы решили досконально изучить нервную систему гидры, применив для этого современные молекулярные методы. Поскольку активация нейрона сопровождается выбросом ионов кальция в цитоплазму, для визуальной детекции возбуждения можно использовать внутриклеточные сенсоры кальция, сделанные на основе флуоресцентных белков. Тот факт, что тело гидры совершенно прозрачно, делает ее удобным объектом для подобных наблюдений. Ученые получили трансгенных гидр, все нейроны которых содержали подобный сенсор. Далее, просто записывая активность животных на камеру, а потом обрабатывая информацию об возбуждении каждого отдельного нейрона, исследователям удалось составить представление о том, какая нейронная сеть активируется при каждой поведенческой реакции. Фактически, авторы работы впервые полностью визуализировали работу нервной системы животного, пусть и такого простого.

В первую очередь, выяснилось, что нейронный контур, отвечающий за ритмические потенциалы, на самом деле состоит из двух — один действительно необходим для радиальных сокращений тела, а другой активируется только при реакции на свет и обеспечивает вытягивание тела в сторону источника. Третий контур отвечает за резкий сократительный импульс. Обнаружилась также отдельная группа нейронов, локализованная под щупальцами и ответственная за «кивание». Кроме того, оказалось, что нейроны принадлежат строго к одному контуру, которые, таким образом, между собой не перекрываются.

По итогу работы авторы заявляют, что им удалось составить первую полную «карту мозговой активности» животного — хотя под «мозгом» в данном случае понимается вся нервная система. Важно отметить, что ученым удалось не только зарегистрировать работу всех нейронных сетей, но и соотнести ее с конкретным поведением. Некоторые специалисты отнеслись скептически к идее причислить гидру к модельным животным наряду с мышью и рыбкой данио рерио. Однако, учитывая, что гидре принадлежит древнейшая с точки зрения эволюции нервная система, знания об ее устройстве могут помочь прояснить некоторые базовые механизмы в более сложно устроенных мозгах.

Автор: Дарья Спасская