Новые исследования проливают новый свет на эволюцию светочувствительных систем

Свет необходим для большей части жизни на Земле, и одноклеточные или небольшие многоклеточные организмы, скорее всего, первыми развили способность реагировать на свет. Но теперь исследователи из Японии выявили интересное поведение личинок морских ежей, которое может дать представление об и светоых тканей/органелл у макроскопических животных.


В и, опубликованном в этом месяце в ПЛОС ГенетикаИсследователи из Университета Цукубы обнаружили, что личинки морских ежей меняют направление своего движения под воздействием сильного фотоизлучения (света) из-за воздействия света на пути нейронов, которые обычно заставляют их плыть вперед.

Системы светового ответа обычно включают комбинацию фоторецепторов (клеток сетчатки, которые реагируют на свет), компонентов нервной системы и органов, которые реагируют на нервные импульсы. Эти органы, как правило, представляют собой мышцы у большинства макроскопических животных, а реснички (волосоподобные структуры) играют роль у микроскопических водных организмов. Ответ на основе ресничек, вероятно, развился первым, прежде чем был заменен реакциями на основе мышц во время эволюции вторичноротых или более сложных животных. Однако реакции ресничек настолько тонкие, что их трудно идентифицировать.

«Реакция ресничек на свет плохо изучена у вторичноротых, возможно, потому, что мышечная активность более очевидна, чем активность ресничек», — объясняет ведущий автор исследования, профессор Шунсуке Ягучи. «У морских ежей есть свободноживущие планктонные личинки, которые в основном передвигаются с помощью ресничек, а не мышц, поэтому они дают редкую возможность исследовать наличие и механизмы реакций на основе ресничек у вторичноротых».

Для этого исследователи использовали сильный источник света для облучения личинок разных видов морских ежей в чашках с морской водой и наблюдали за их поведением с помощью микроскопа. До воздействия света личинки находились в основном у поверхности воды.

«Результаты оказались интригующими, — говорит профессор Ягучи. «Личинки немедленно упали с поверхности, а некоторые из них поплыли назад. Мы наблюдали подобное поведение у нескольких видов, предполагая, что такая реакция распространена среди групп морских ежей».

Чтобы визуализировать и количественно оценить поведение, исследователи добавили в блюда диатомовые водоросли или одноклеточные водоросли. Движения этих диатомовых водорослей отражают изменения течения воды, вызванные биением ресничек личинок, что указывает на то, что цилиарные реакции присутствуют и функционируют у морских ежей.

Учитывая, что реснички присутствуют на тканевых клетках и выполняют ключевые функции у большинства организмов, включая людей, идентификация этой реакции ресничек у морских ежей может быть ключом к пониманию механизмов человеческого поведения или чувств в ответ на свет. Выявление этих сигнальных путей у морских ежей, таким образом, проливает новый свет на эволюцию и диверсификацию систем реакции на свет.

Статья «Планктонные личинки морских ежей меняют направление движения в ответ на сильное фотооблучение» опубликована в ПЛОС Генетика.