Dodano: 08 listopad 2021r.

Jak ewoluował mózg? Gąbki mogą pomóc rozwikłać tajemnicę

Gąbki to proste stworzenia, które są ekspertami w filtrowaniu pokarmu. Każdego dnia odfiltrowują tysiące litrów wody, aby w ten sposób zebrać pożywienie. Są mistrzami w tej skomplikowanej procedurze, co jest tym bardziej niezwykłe, że nie mają mózgu, ani nawet jednego neuronu.

Jak ewoluował mózg? Gąbki mogą pomóc rozwikłać tajemnicę

 

Gąbki wykorzystują skomplikowany system komunikacji komórkowej do regulacji odżywiania i pozbywania się inwazyjnych bakterii. - Nowe odkrycia mogą pomóc w zrozumieniu, jak ewoluowały systemy nerwowe u zwierząt – przekonuje biolog Casey Dunn z Uniwersytetu Yale w New Haven, Connecticut.

- To naprawdę ekscytujące badanie, które pozwala nam zobaczyć gąbki w zupełnie nowym świetle – przekonuje Dunn.

Badania zostały opublikowane w „Science” (DOI: 10.1126/science.abj2949).

Aktywne geny synaptyczne

Komórki mogą komunikować się ze sobą. Neurony robią to poprzez przekazywanie sygnałów elektrycznych lub chemicznych przez maleńkie, ukierunkowane połączenia zwane synapsami. Poprzednie badania wykazały, że choć gąbki nie mają neuronów, to posiadają geny kodujące białka, które zazwyczaj pomagają w funkcjonowaniu synaps.

Aby odkryć, gdzie dochodzi do ekspresji genów odpowiedzialnych za przekazywanie informacji u gąbek słodkowodnych (Spongilla lacustris), badacze sekwencjonowali RNA w różnych komórkach. Analizy prowadził Detlev Arendt, biolog ewolucyjny z Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) w Heidelbergu oraz jego współpracownicy.

Eksperci odkryli, że gąbka posiada 18 różnych typów komórek. Geny synaptyczne były aktywne w kilku z nich, skupionych wokół komór trawiennych. Może to prowadzić do wniosku, że jakaś forma komunikacji komórkowej koordynuje zachowania filtracyjne zwierząt.

Naukowcy wykorzystali obrazowanie rentgenowskie i mikroskopię elektronową do zbadania jednego typu komórek, które nazwali „wydzielniczymi komórkami neuroidalnymi” (z j. ang. „secretory neuroid cells” ). Badania ujawniły, że te komórki mają długie ramiona, które dosięgają choanocytów, rodzaju komórek z włosowatymi wypustkami, które napędzają systemy przepływu wody u gąbek i wychwytują większość pożywienia.

Prekursor układu nerwowego

Zależność tych typów komórek i ekspresji genów, które mogą umożliwiać wydzielanie substancji chemicznych wskazuje, że podobne „ramiona” umożliwiają analizowanym komórkom komunikację z choanocytami. Dzięki temu mogą one wstrzymywać system przepływu wody i usunąć z organizmu wszelkie zanieczyszczenia lub obce mikroby.

- Jednak te komórki neuroidów nie są nerwami i nie ma w nich śladu synaps, które umożliwiają neuronom szybką komunikację. Ten typ komórek może być ewolucyjnym prekursorem prawdziwego systemu nerwowego - mówi współautor badania Jacob Musser, biolog ewolucyjny w EMBL.

- Jesteśmy w punkcie pośrednim. Przeszliśmy od posiadania wszystkich niezależnych elementów do łączenia ich w szerszym zakresie, ale nie uzyskaliśmy jeszcze wszystkich odpowiedzi, które umożliwią nam stworzenie synapsy – mówi Musser.

Naciągane wyniki?

Niektórzy naukowcy twierdzą, że nazywanie tych komórek „prekursorem układu nerwowego” jest naciągane. - To bardzo interesujące odkrycie, ale wyniki nie są ostateczne - mówi Linda Holland, biolog ewolucyjny z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. Jej zdaniem trudno będzie udowodnić, że systemy nerwowe wyewoluowały z tego rodzaju komunikacji komórkowej.

- Rzeczywiście, wiele organizmów, w tym jednokomórkowe eukarionty, posiadają te same geny synaptyczne - mówi z kolein Sally Leys, biolog z Uniwersytetu Alberta w Edmonton w Kanadzie.

Genetyk April Hill z Bates College w Lewiston, ma nadzieję, że inni naukowcy wykorzystają ostatnie badanie, które stanie się „platformę startową” do dalszych analiz nad wszechobecną gąbką. Kluczowym pytaniem wciąż pozostaje to, czy inne gąbki używają podobnego systemu komunikacji komórkowej.

 

Źródło: Science, fot. Kirt L. Onthank/ Wikimedia Commons/ CC BY-SA 3.0