Гребневики живут без синапсов
Нервная система гребневиков состоит из нейронов, которые слились друг с другом своими отростками в единое целое.
У всех животных нервная система состоит из специализированных клеток нейронов, соединённых друг с другом столь же специализированными межклеточными контактами-синапсами. Синапсы могут быть разные, в каких-то импульс перескакивает с клетки на клетку без посредников (так называемый электрический синапс), в каких-то импульс передаётся с помощью нейромедиаторов. Сами нейроны тоже могут отличаться и по строению, по функциям, по электрохимическим свойствам, а кроме нейронов в нервной системе часто появляются вспомогательные клетки, помогающие нейронам жить и работать и т. д. Эволюция животных шла долго, нервная система у разных животных подлаживалась под разные условия, но базовая схема оставалась неизменной — генерирующие импульс клетки, соединённые специальным контактом.
И тут оказывается, что из этого правила есть исключение. В статье в Science сотрудники Бергенского университета вместе с коллегами из Германии и Великобритании пишут, что у гребневиков есть нейроны, но нет синапсов. Гребневиками называют исключительно древних животных, отчасти похожих на медуз — это желеобразные прозрачные существа, плавающие в толще моря и питающиеся небольшими ракообразными, коловратками и другой планктонной мелочью. Плавают они, шевеля множеством ресничек, которые собраны в характерные гребни — откуда и название. Про их нервную систему говорят, что она децентрализованная, то есть выглядит просто как сеть нейронов. При этом более подробных сведений про их нервную систему не было, во многом потому, что их желеобразную и одновременно хрупкую анатомию довольно трудно изучать. Кое-кто полагал, что то, что мы видим, вообще не нервная система, и что её у них просто нет, потому что в их геноме нет некоторых важных генов, без которых её невозможно представить.
Сейчас исследователи сумели изучить личинку гребневика Mnemiopsis leidyi с помощью электронного микроскопа. Изображения огромного количества поперечных срезов объединили в трёхмерную карту тела личинки, на которой проявились пять нейронов, соединённые слившимися друг с другом отростками. Получалась единая непрерывная сеть без каких-либо контактов-переходов-синапсов. Нейроны гребневиков оказались объединены в синцитий — так называют тип ткани, когда клетки не разграничены или мало разграничены друг от друга. Притом нельзя сказать, что нейроны гребневиков не нейроны: у них есть ионные каналы, которые позволяют менять концентрацию ионов на мембране и создавать бегущий импульс, и у них есть специфические пептиды вроде тех, которые есть у животных с «нормальными» нервными системами.
Кроме слившихся в единую сеть нейронов, у личинок гребневиков есть сенсорные клетки и отдельные нейроны, которые в эту сеть не входят. Предполагается, что они управляют движениями ресничек, что они как-то общаются с «сетевыми» нейронами, но для чего на самом деле нужны отдельно сидящие нейроны и как они общаются с нейронной сетью, пока неясно.
Трёхмерная реконструкция личинки гребневика из электронных микрофотографий. Шар из сиреневых нитей — та самая система из непрерывно переходящих друг в друга нейронов. Синие участки с зелёными отростками — реснички, с помощью которых гребневики плавают. Жёлтые звёздчатые клетки — «внесистемные», отдельно сидящие в теле нейроны. Отдельные синие пятна с жёлтыми тонкими отростками — сенсорные клетки. Большой розовый «остров» внизу — щупальце, которым личинка хватает добычу. Иллюстрация: Pawel Burkhardt et al, Science (2023).
Почему вообще нервная система гребневиков так занимает исследователей? Мы сказали, что они исключительно древние. Но на самом деле гребневики не просто одни из древнейших животных, они оспаривают право вообще называться самыми древними и самыми первыми животными на земле. Оспаривают они его у губок, у которых нервной системы вообще нет. Но даже если гребневики были не первыми, а вторыми или третьими, то всё равно возникают сложные вопросы, касающиеся эволюции нервной системы. Она развивалась у них явно параллельно той нервной системе, которую можно увидеть в любых других животных. Приобрели ли гребневики свою бессинаптическую нервную систему независимо от других? И что означают добавочные внесетевые нейроны гребневиков — можно ли предположить, что у них есть какие-то элементы обычной нервной системы?
Синапсы дают мощный инструмент управления нейронными импульсами: они позволяют формировать новые нейронные цепочки, синаптические нейромедиаторы и рецепторы к ним помогают регулировать чувствительность нейронов к входящим сигналам и т. д. Гребневики как-то без этого обходятся, но чтобы понять, как именно, нужно увидеть их нервную систему в действии, то есть нужны весьма изощрённые эксперименты с гребневиками, в которых можно было бы вживую наблюдать за работой их нейронов. Вполне вероятно, что такие исследования будут проведены в ближайшее время, потому что благодаря нервной системе гребневиков наверняка удастся решить некоторые особенно трудные вопросы, касающиеся общей эволюции животных в целом.
