Nowo opracowana technika badawcza pozwoliła na obserwację aktywności neuronalnej meduz. To oznacza, że naukowcy mogą dosłownie „czytać” w ich mózgach.
Ludzki mózg ma 100 miliardów neuronów, które tworzą 100 bilionów połączeń. Zrozumienie mechanizmów ich działania, które decydują o wszystkich naszych codziennych zachowaniach, stanowi nadrzędny cel neurobiologów. Teraz jesteśmy bliżej ich poznania dzięki niewielkiej meduzie.
Naukowcom z Caltech udało się stworzyć rodzaj genetycznego zestawu narzędzi dostosowanego do manipulacjach przy Clytia hemisphaerica, meduzie o średnicy ok. 1 centymetra (w dorosłej postaci). Biolodzy zmodyfikowali organizm w taki sposób, że jej neurony świeciły intensywnie, gdy były aktywne. A ponieważ meduza ma przezroczyste ciało, można było obserwować aktywność neuronalną zwierzęcia jak na dłoni.
Artykuł opisujący szczegóły odkrycia pokazał się w czasopiśmie Cell.
Złożony system neuronalny meduzy
Biolodzy używają różnych organizmów modelowych, najczęściej much, ryb i myszy, a meduzy są skrajnym wyjątkiem.
Meduzy są ważnym punktem porównawczym, ponieważ są daleko spokrewnione. Pozwalają nam zadawać pytania takie jak, czy istnieją zasady neurobiologii wspólne dla wszystkich układów nerwowych? Albo, jak mogły wyglądać pierwsze systemy nerwowe? Badając naturę szerzej, możemy również odkryć użyteczne innowacje biologiczne. Co ważne, wiele meduz jest małych i przezroczystych, co czyni je ekscytującymi platformami dla neurobiologii systemowej. Dzieje się tak dlatego, że istnieją niesamowite nowe narzędzia do obrazowania i manipulowania aktywnością neuronów za pomocą światła, a także dlatego, że można umieścić całą żywą meduzę pod mikroskopem i mieć dostęp do całego układu nerwowego na raz.
Brady Weissbourd, doktorant i pierwszy autor badań
Mózg meduzy nie jest taki, jak nasz. Jest rozproszony po całym ciele zwierzęcia – jak sieć. Różne części ciała meduzy mogą działać pozornie niezależnie, bez nadrzędnej kontroli. Przykładem może być usunięty otwór gębowy meduzy, który może kontynuować „jedzenie” bez reszty ciała zwierzęcia.
Taki zdecentralizowany układ nerwowy wydaje się być udaną strategią ewolucyjną, gdyż meduzy przetrwały setki milionów lat w królestwie zwierząt. Jest to ich przewaga adaptacyjna, która ułatwia przetrwanie.
To dopiero początek odkryć
Badając reakcje zachodzące we wnętrzach meduz podczas jedzenia, uczeni ustalili, że to podsieć neuronów produkująca neuropeptydy jest odpowiedzialna za specyfikę ich układu nerwowego. Co więcej, mimo iż sieć neuronów meduzy początkowo wydawała się rozproszona i nieuporządkowana, znaleziono pewien stopień organizacji, który ujawnił się dopiero dzięki technikom fluorescencyjnym.
Nasze eksperymenty ujawniły, że pozornie rozproszona sieć neuronów, która leży u podstaw parasola meduzy, jest w rzeczywistości podzielona na płaty aktywnych neuronów, zorganizowanych w kliny jak kawałki pizzy. Kiedy meduza złapie krewetkę macką, neurony we „fragmencie pizzy” najbliższym tej macki aktywują się jako pierwsze, co z kolei powoduje, że ta część parasola składa się do środka, doprowadzając krewetkę do ust. Co ważne, ten poziom organizacji neuronalnej jest całkowicie niewidoczny, jeśli spojrzeć na anatomię meduzy, nawet przy użyciu mikroskopu. Trzeba być w stanie zwizualizować aktywne neurony, aby to dostrzec – co właśnie możemy zrobić z naszym nowym systemem.
David J. Anderson, dyrektor Tianqiao and Chrissy Chen Institute for Neuroscience
Naukowcy podkreślają, że ich badania to dopiero wierzchołek góry lodowej. Już szykują się na kolejne eksperymenty, które pomogą odkryć tajemnice meduz.
W przyszłej pracy chcielibyśmy wykorzystać tę meduzę jako platformę do dokładnego zrozumienia, jak zachowanie jest generowane przez całe systemy neuronalne. W kontekście przekazywania pokarmu, zrozumienie w jaki sposób macki, parasol i usta koordynują się ze sobą, pozwala nam zrozumieć bardziej ogólne problemy związane z funkcjonowaniem modularności w systemach nerwowych i jak takie moduły koordynują się ze sobą. Ostatecznym celem jest nie tylko zrozumienie systemu nerwowego meduzy, ale wykorzystanie go jako odskoczni do zrozumienia bardziej złożonych systemów w przyszłości.
David J. Anderson
Czy badania przeprowadzone na meduzach mogą mieć przełożenie na ludzi? Prawdopodobnie tak, chociaż raczej w dłuższej perspektywie. Nowo opracowany system jest prosty do wykorzystania w dowolnym miejscu na świecie.
