Šukinės medūzos aboralinio organo 3D rekonstrukcijos atskleidžia jutimo sistemą, kuri yra daug sudėtingesnė, nei tikėjosi mokslininkai. Organe yra daug specializuotų ląstelių ir jis yra glaudžiai susijęs su gyvūno nervų tinklu, leidžiančiu jam koordinuoti elgesį ir orientaciją vandenyje. Tyrėjai teigia, kad jis gali veikti kaip primityvus, į smegenis panašus centras. Šis atradimas rodo, kad centrinė nervų sistema skirtingose gyvūnų linijose galėjo išsivystyti nepriklausomai.
Senovės jūros gyvūnas galėjo turėti smegenis
Šioje nuotraukoje iš viršaus matomas suaugęs dvigalvės snaputės Mnemiopsis leidyi egzempliorius. Nuotraukos centre galima įžiūrėti aboralinį organą – sudėtingą jutimo struktūrą. Naujas Burkhardto grupės iš Bergeno universiteto Michaelio Sarso centro paskelbtas tyrimas rodo, kad aboralinis organas yra panašus į elementarias smegenis ir leidžia manyti, kad centrinė nervų sistema evoliucijos metu galėjo atsirasti anksčiau nei manyta anksčiau. Nuotrauka: Alexandre Jan, Michaelio Sarso centras / Bergeno universitetas
Išsamios trimatės pagrindinės jutiminės struktūros ctenoforuose rekonstrukcijos atskleidžia daug didesnį struktūrinį ir funkcinį sudėtingumą, nei anksčiau manė mokslininkai. Rezultatai rodo, kad kai kuriems ankstyviausiems gyvūnams galėjo egzistuoti paprasta, į smegenis panaši sistema, ir tai suteikia naujų įžvalgų apie tai, kaip vystėsi nervų sistemos.
Ctenoforai (paprastai vadinami šukinėmis medūzomis) yra subtilūs želatininiai jūrų gyvūnai, kurie Žemės vandenynuose pasirodė maždaug prieš 550 milijonų metų. Šie organizmai turi specializuotą jutiminę struktūrą, vadinamą aboraliniu organu (AO), kuri leidžia jiems aptikti gravitaciją, slėgį ir šviesą. Naujas morfologinis tyrimas, paskelbtas žurnale „Science Advances“, rodo, kad šis organas yra žymiai sudėtingesnis, nei manyta ankstesniuose tyrimuose.
„Mes parodome, kad AO yra sudėtinga ir funkciškai unikali jutimo sistema“, – teigė Pawelas Burkhardtas, grupės vadovas Bergeno universiteto Michaelio Sarso centre. „Mūsų tyrimas iš esmės praplečia mūsų supratimą apie gyvūnų elgesio koordinacijos evoliuciją.“
Senovės organo ląstelių architektūros kartografavimas
Norėdami suprasti, kaip aboralinis organas yra organizuotas viduje, tyrėjai bendradarbiavo su Maike Kittelmann iš Oksfordo Brukso universiteto ir panaudojo pažangią tūrinę elektroninę mikroskopiją. Šis metodas leido jiems sukurti itin detalias trimates struktūros rekonstrukcijas.
Analizė atskleidė 17 skirtingų ląstelių tipų aboraliniame organe, įskaitant 11 sekrecinių ir blakstieninių ląstelių tipų, kurie anksčiau niekada nebuvo identifikuoti. Ši didelė ląstelių įvairovė patvirtina, kad AO veikia kaip sudėtingas multimodalinis jutimo organas.
„Mane beveik iš karto nustebino aboralinio organo ląstelių morfologinė įvairovė. Dirbant su tūriniais EM duomenimis, jaučiamasi kaip kasdien atrandant naujų įdomių dalykų“, – sakė Anna Ferraioli, Michaelio Sarso centro podoktorantūros tyrėja ir pirmoji tyrimo autorė. „AO yra stulbinamai sudėtingas, palyginti su knidarianų ir dviašakių viršūniniais organais. Jis toks unikalus!“
Hibridinė neuronų komunikacijos sistema
Be ląstelių įvairovės, aboralinis organas taip pat atrodo glaudžiai susijęs su šukinių medūzų nervų sistema. Ktenoforai turi nervų tinklą, sudarytą iš susiliejusių neuronų, kurie sudaro ištisinę struktūrą visame kūne.
Tyrėjai nustatė, kad šis nervų tinklas sudaro tiesioginius sinapsinius ryšius su aboralinio organo ląstelėmis, sukurdamas dvipusio bendravimo kelią. Tuo pačiu metu daugelyje AO ląstelių yra daug pūslelių, o tai rodo, kad jos gali skleisti plačiai paplitusius cheminius signalus per procesą, vadinamą tūriniu perdavimu. Kartu šie mechanizmai rodo, kad organas remiasi tiek sinapsinėmis, tiek nesinapsinėmis signalizacijos formomis.
„Manau, kad mūsų darbas suteikia svarbią perspektyvą apie tai, kiek daug galime išmokti tyrinėdami morfologiją“, – aiškina Ferraioli. „Sakyčiau, kad AO tikrai nėra panašus į mūsų smegenis, bet jį galima apibrėžti kaip organą, kurį ktenoforai naudoja kaip smegenis.“
Užuominos apie smegenų evoliuciją
Komanda taip pat tyrė, kaip tam tikri vystymosi genai yra ekspresuojami ktenoforuose. Šiuose organizmuose yra daug genų, dalyvaujančių formuojant kūno organizaciją kituose gyvūnuose, tačiau jų raiškos modeliai labai skiriasi.
Šis skirtumas rodo, kad aboralinis organas gali būti netiesiogiai lygiavertis smegenims, randamoms kitose gyvūnų grupėse. „Kitaip tariant“, – pridūrė Burkhardt, – „evoliucija, regis, ne kartą išrado centrinę nervų sistemą“.
Neuroninės struktūros susiejimas su elgesiu
Šiuos rezultatus papildomai patvirtina susiję tyrimai, kuriems vadovavo Kei Jokura iš Nacionalinio fundamentaliosios biologijos instituto Japonijoje kartu su prof. Gasparu Jekely iš Heidelbergo universiteto. Atskirame tyrime, kuriame taip pat dalyvavo Burkhardt, mokslininkai rekonstravo visą šukinių medūzų gravitacijos jutimo organo neuroninį laidyną.
Derindami didelės spartos vaizdavimą su daugiau nei 1000 ląstelių trimatėmis rekonstrukcijomis, tyrėjai parodė, kaip susiliejusių neuronų tinklai koordinuoja blakstienėlių plakimą skirtingose gyvūno kūno dalyse. Ši koordinacija leidžia medūzoms išlaikyti savo orientaciją judant vandeniu.
„Panašumai su kitų jūros organizmų neuronų grandinėmis rodo, kad panašūs gravitacijos jutimo sprendimai galėjo išsivystyti nepriklausomai tolimose gyvūnų linijose“, – sakė Jokura.
Nervų sistemų kilmės permąstymas
Šie tyrimai rodo, kad ankstyvosios nervų sistemos galėjo būti labiau centralizuotos, nei manė mokslininkai anksčiau. Pasak Ferraioli, kitas tyrimų etapas bus skirtas naujai atrastų ląstelių tipų molekulinių savybių nustatymui ir tyrimui, kaip stipriai aboralinis organas veikia šukinių medūzų elgesį.
Anna Ferraioli, Leonid Digel, Daniela Sturm, Jeffrey Colgren, Carine Le Goff, Alexandre Jan, Joan J. Soto-Angel, Benjamin Naumann, Maike Kittelmann, Pawel Burkhardt. The 3D architecture of the ctenophore aboral organ and the evolution of complex integrative centers in animals. Science Advances, 2026; 12 (10) DOI: 10.1126/sciadv.aea8399