|
Помощь в разгадке тайны рук осьминогов
|
|
|
|
Осьминоги очаровательны. Их восемь рук грациозно рассекают воду и могут выполнять необычные задачи, например, пользоваться инструментами и открывать банки. В то время как у людей один спинной мозг соединен с головным мозгом, у осьминогов почти каждая рука имеет свой собственный спинной мозг (за вычетом собственно позвоночника) и нервную систему. Эти руки могут даже инициировать реакцию, не консультируясь с мозгом.
|
|
|
|
То, как руки осьминога могут делать все это на клеточном уровне, в значительной степени остается загадкой для нейробиологии, которую оказалось трудно изучить из—за технологических ограничений и дороговизны исследований. Но теперь исследователи из Университета штата Сан-Франциско начинают давать ответы.
|
|
|
|
Пытаясь преодолеть эти прежние ограничения, исследователи из штата Сан-Франциско создали трехмерные молекулярные и анатомические карты внутренней нейронной сети рук осьминога. Их недавние результаты были опубликованы в двух научных статьях в журнале Current Biology.
|
|
|
|
"Одновременная публикация [этих двух работ] означает, что объем информации, который мы можем извлечь из любого отдельного эксперимента, просто астрономически выше", - сказала об исследовании своей лаборатории доцент кафедры биологии государственного университета Калифорнии Робин Крук. "Я бы сказал, что эти документы действительно способствуют открытию новых путей".
|
|
|
|
|
|
|
Традиционный двухмерный взгляд на руку осьминога сравним с тем, как если бы вы отрезали тонкий ломтик от середины фруктового батона. Трудно сказать, соответствует ли распределение фруктов и орехов в этом ломтике распределению и взаимодействию по всему батону. Вместо этого постдокторант Габриэль Винтерс-Боствик и аспирантка Диана Никсу сделали несколько срезов вдоль руки осьминога, чтобы создать 3D-реконструкции распределения клеток и общей анатомии, соответственно.
|
|
|
|
Для своего исследования Винтерс-Боствик использовала молекулярные метки, чтобы выделить различные типы нейронов. При просмотре 3D-реконструкции этих нейронов выяснилось, что клетки на кончике руки осьминога отличаются от клеток у основания, расположенных ближе к центральной части мозга.
|
|
|
|
"Это позволяет нам выдвигать гипотезы и задавать новые вопросы, размышляя о том, как клетки взаимодействуют друг с другом", - пояснила она. "По сути, это расширяет наш арсенал и инструментарий для лучшего понимания поведения и физиологии осьминогов".
|
|
|
|
Используя другой подход к визуализации (3D-электронная микроскопия), Neacsu провел параллельный проект по созданию 3D-реконструкции, отображающей структурную организацию компонентов нервной системы в руке осьминога. Ее карта показала, что существует симметрия в организации ганглиев и повторяющиеся паттерны в разветвлениях нервов, кровеносных сосудах и многом другом.
|
|
|
|
Некоторые из этих узоров соответствуют присоскам на руках осьминога, которые расположены в виде шестиугольной решетки, похожей на ряды пчелиных сот. Этот повторяющийся узор - то, что они не смогли бы увидеть, имея всего две присоски, объяснил Крук, подчеркнув необходимость 3D-реконструкции большой ткани.
|
|
|
|
"Было действительно удивительно увидеть, насколько тесно [структуры нервной системы] связаны с присосками", - сказал Никсу. "Но это имеет смысл, потому что присоски играют такую огромную роль в экологической нише осьминогов, помогая им охотиться, чувствовать и многое другое".
|
|
|
|
Крук с гордостью сообщает, что ее команда смогла проделать большую часть этой работы собственными силами в SF State. Особое значение имел недавно приобретенный микроскоп (Leica STELLARIS) в университетском центре клеточной и молекулярной визуализации на территории кампуса (CMIC), в котором обучалось более 1000 студентов.
|
|
|
|
"Во многих [университетах] нет такого микроскопа, как этот. То, что у нас есть такой специалист для такой работы, просто сногсшибательно", - сказал Крук. "Статья [Уинтерс-Бостуик] не появилась бы без этого микроскопа".
|
|
|
|
Наставничество Крука сыграло важную роль в работе Neacsu, который в настоящее время является аспирантом Католического университета Левена в Бельгии. За два года работы в лаборатории Крука Ниаксу приобрела передовые технические навыки, наладила взаимодействие с большим количеством старших исследователей и сотрудничала с ними, и теперь у нее наготове еще больше научных работ.
|
|
|
|
"До того, как я встретил ее, я никогда по-настоящему не понимал концепцию наставничества", - сказал Никсу о Крук. "Я просто думал, что [наставники] - это учителя, которые доступны в рабочее время".
|
|
|
|
Работы Никсу и Винтерс-Боствик открыли множество возможностей для проведения исследований как в лаборатории Крука, так и за ее пределами. Другие лаборатории уже проявили интерес к использованию этих инструментов для исследований в области нейронауки головоногих моллюсков.
|
|
|
|
Команда SF State изучает живые ткани и изучает, как они реагируют на химическую и механическую стимуляцию, пытаясь понять, как работают нейроны в реальном времени. С помощью новых 3D-карт они могут делать реалистичные прогнозы о том, что происходит внутри руки осьминога, чтобы создать эти реакции. Лаборатория Крука также стремится ответить на множество эволюционных вопросов.
|
|
|
|
"Почему у вас такое сложное животное, которое, похоже, не следует тем же правилам, что и у другого нашего примера — человека — с очень сложной нервной системой?" Спросил Крук. "Существует множество гипотез. Это может быть функциональным. Возможно, в задачах, которые должны выполнять руки осьминога, есть что-то принципиально иное. Но это также может быть эволюционной случайностью."
|
|
|
|
Источник
|
