Біологи вперше записали всі «думки» гідри

Двоє співробітників Колумбійського університету (США) вивели трансгенних гідр, клітини яких містять суперчутливий флуоресцентний сенсор збудження. Завдяки цьому вченим вдалося поспостерігати за активністю кожного нейрона в тілі тварини, і з'ясувати, що за різні поведінкові реакції відповідає свій окремий нейронний контур. Стаття опублікована в журналі.

Гідри - це маленькі (від декількох міліметрів до 1,5 сантиметрів у довжину) прісноводні тварини, далекі родичі медуз. Ці істоти в ході еволюції одними з перших обзавелися нервовою системою. Вона складається з декількох тисяч нейронів, які рівномірно розподілені по тілу, не утворюючи ніяких скупчень. Досі вважалося, що нейрони гідри утворюють два функціональних ланцюжки (два нервових контури, як прийнято писати у вітчизняній фізіології) - один, відповідальний за так званий скоротний імпульс, потрібен для різкого згортання тіла, що виглядає як перетворення гідри з стебелька на кульку. Друга відповідає за ритмічні потенціали - спонтанну електричну активність, необхідну для скорочення в радіальному напрямку, що виглядає як невелике витягування тіла гідри. Однак, крім згортання в клубочок, гідра вміє робити ще дещо, наприклад, полювати і реагувати на світло. При освітленні гідри, яка перебувала до цього в темряві, вона починає витягуватися в бік джерела світла або «кивати» в той же бік, а іноді починає рухатися в бік джерела, здійснюючи кувирки. Як здійснюється контроль за цими більш складними рухами, було незрозуміло.

Автори роботи вирішили досконало вивчити нервову систему гідри, застосувавши для цього сучасні молекулярні методи. Оскільки активація нейрона супроводжується викидом іонів кальцію в цитоплазму, для візуальної детекції збудження можна використовувати внутрішньоклітинні сенсори кальцію, зроблені на основі флуоресцентних білків. Той факт, що тіло гідри абсолютно прозоре, робить її зручним об'єктом для подібних спостережень. Вчені отримали трансгенних гідр, всі нейрони яких містили подібний сенсор. Далі, просто записуючи активність тварин на камеру, а потім обробляючи інформацію про збудження кожного окремого нейрона, дослідникам вдалося скласти уявлення про те, яка нейронна мережа активується при кожній поведінковій реакції. Фактично, автори роботи вперше повністю візуалізували роботу нервової системи тварини, нехай і такої простої.

У першу чергу, з'ясувалося, що нейронний контур, що відповідає за ритмічні потенціали, насправді складається з двох - один дійсно необхідний для радіальних скорочень тіла, а інший активується тільки при реакції на світло і забезпечує витягування тіла в бік джерела. Третій контур відповідає за різкий скоротний імпульс. Виявилася також окрема група нейронів, локалізована під щупальцями і відповідальна за «кивання». Крім того, виявилося, що нейрони належать строго до одного контуру, які, таким чином, між собою не перекриваються.

За підсумком роботи автори заявляють, що їм вдалося скласти першу повну «карту мозкової активності» тварини - хоча під «мозком» в даному випадку розуміється вся нервова система. Важливо відзначити, що вченим вдалося не тільки зареєструвати роботу всіх нейронних мереж, а й співвіднести її з конкретною поведінкою. Деякі фахівці поставилися скептично до ідеї зарахувати гідру до модельних тварин поряд з мишею і рибкою даніо реріо. Однак, враховуючи, що гідрі належить найдавніша з точки зору еволюції нервова система, знання про її пристрій можуть допомогти прояснити деякі базові механізми в більш складно влаштованих мізках.