Что губки могут рассказать нам об эволюции мозга

Когда вы читаете эти строки, работает сложнейшая биологическая «машина», которой является ваш . Человеческий мозг состоит примерно из 86 миллиардов нейронов и контролирует не только функции нашего тела от зрения до движения, но также обеспечивает сознание и понимание.


Несмотря на свою центральную важность, происхождение мозга еще не раскрыто. Первые мозги животных появились сотни миллионов лет назад. Сегодня только у самых примитивных видов животных, таких как водные губки, отсутствует мозг. Парадоксально, но эти виды могут быть ключом к разгадке тайны того, как впервые развились нейроны и мозг.

Отдельные нейроны в головном мозге общаются через синапсы. Эти связи между клетками лежат в основе функции мозга и регулируются рядом различных генов. У губок нет этих синапсов, но их геном по-прежнему кодирует многие из синаптических генов. Ученые EMBL задались вопросом, почему это может быть так. Их последние результаты опубликованы сегодня в журнале. Наука.

«Мы знаем, что эти синаптические гены участвуют в функции нейронов у высших животных. Обнаружение их у примитивных видов, таких как губки, вызывает вопрос: если у этих животных нет мозга, какова роль этих генов?» объяснил Детлев Арендт, руководитель группы EMBL и старший научный сотрудник EMBL Heidelberg. «Как бы просто это ни звучало, ответить на этот вопрос пока было за пределами наших технических возможностей».

Чтобы изучить роль этих синаптических генов в губках, лаборатория Арендт разработала микрофлюидные и геномные технологии в пресноводных губках. Spongilla lacustris. Используя эти методы, ученые захватили отдельные клетки из нескольких губок внутри микрожидкостных капель, а затем профилировали генетическую активность каждой клетки.

«Мы показали, что определенные клетки в пищеварительных камерах губок активируют синаптические гены. Таким образом, даже у примитивных животных, лишенных синапсов, синаптические гены активны в определенных частях его тела», – сказал Джейкоб Массер, научный сотрудник группы Арендт. автор исследования.

Губки используют свои пищеварительные камеры, чтобы отфильтровывать пищу из воды и взаимодействовать с микробами окружающей среды. Чтобы понять, что делают клетки, экспрессирующие синаптические гены, группа Арендт объединила усилия с шестью командами EMBL, а также со своими коллегами в Европе и по всему миру. Работая с центром электронной микроскопии EMBL, командой Янника Шваба и группой Томаса Шнайдера, работающей с синхротронными пучками в EMBL в Гамбурге, исследователи разработали новый подход к корреляционной визуализации. «Объединив электронную микроскопию с рентгеновской визуализацией на синхротронном канале, мы смогли визуализировать потрясающее поведение этих клеток», – пояснил доктор Шваб.

Ученые сделали трехмерные снимки клеток, ползающих по пищеварительной камере, чтобы уничтожить бактериальных захватчиков и разносить длинные руки, которые охватывают питающий аппарат определенных пищеварительных клеток. Такое поведение создает интерфейс для целенаправленной межклеточной коммуникации, как это происходит и в синапсах между нейронными клетками нашего мозга.

«Наши результаты указывают на то, что клетки, регулирующие питание и контролирующие микробную среду, являются возможными онными предшественниками мозга первых животных», – сказал д-р Массер. “Поистине пища для размышлений!”