Nowe badania sugerują, że jedne z najprostszych zwierząt bezkręgowych, obecnych na naszej planecie od około 800 milionów lat, posiadają komórki, z których mogły wyewoluować współczesne neurony.
Badania opublikowane w czasopiśmie „Cell” (DOI: 10.1016/j.cell.2023.08.027) rzucają nowe światło na ewolucję neuronów. Naukowcy ustalili, że wyspecjalizowane komórki znalezione u płaskowców, malutkich stworzeń morskich, mogły dać początek neuronom u bardziej złożonych organizmów.
Płaskowce (Placozoa) to jedne z najprostszych bezkręgowców, wielkości mniej więcej ziarenka piasku. Żerują na glonach i drobnoustrojach występujących w płytkich, ciepłych morzach. Te stworzenia o spłaszczonym ciele żyją bez żadnych części ciała ani narządów wewnętrznych. Ich ciała charakteryzują się brakiem symetrii oraz wyraźnego określenia przód-tył. Prawdopodobnie pojawiły się na Ziemi około 800 milionów lat temu, a zawartość DNA w jądrze jest najniższa spośród innych znanych zwierząt.
Naukowcy z Hiszpanii i Niemiec zidentyfikowali w tych organizmach wyspecjalizowane komórki wydzielnicze, z których mogły wyewoluować neurony. Uważa się, że pierwsze neurony pojawiły się około 650 milionów lat temu.
Płaskowce koordynują swoje zachowanie dzięki komórkom peptydergicznym, specjalnym typom komórek, które wydzielają peptydy. Te z kolei mogą kierować ruchem zwierzęcia lub żerowaniem. Naukowcy zaintrygowani tymi komórkami postanowili sprawdzić ich pochodzenie. Zastosowali do tego szereg technik molekularnych i modeli obliczeniowych. Wszystko po to, by zrozumieć ewolucję komórek peptydergicznych.
Najpierw sporządzili mapę wszystkich typów komórek płaskowców, opisując ich cechy charakterystyczne. Każdy typ komórki pełni wyspecjalizowaną rolę wynikającą z określonych zestawów genów. To umożliwiło badaczom sporządzenie wykresu skupisk tych genów. Następnie stworzyli mapę regionów regulacyjnych DNA kontrolujących te geny, ujawniając jasny obraz tego, co robi każda komórka i jak ze sobą współdziałają. Na koniec przeprowadzili porównania międzygatunkowe, aby zrekonstruować ewolucję typów komórek.
Łącznie u płaskowców zidentyfikowano aż 14 różnych rodzajów komórek peptydergicznych. Analizując je naukowcy zauważyli, że niektóre z nich pod pewnymi względami są uderzająco podobne do tych, które składają się na nasze mózgi. Na tyle, że przypominają wręcz prymitywną formę komórek nerwowych. Można by tutaj stwierdzić, że stanowią one w pewnym sensie określony etap ewolucyjny dla neuronów. Analizy międzygatunkowe wykazały, że podobieństwa te są charakterystyczne tylko dla płaskowców i nie pojawiają się u innych zwierząt.
- Byliśmy zdumieni podobieństwami. Komórki peptydergiczne płaskowców mają wiele podobieństw do prymitywnych komórek neuronowych. To jak patrzenie na ścieżkę ewolucji – powiedział Sebastián Najle z Centre for Genomic Regulation w Barcelonie.
Sposób ich funkcjonowania w odniesieniu do płaskowców przypomina zachowanie neuronów. W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że kontrolują one to, w jaki sposób „działa” ciało tych niewielkich organizmów, uwalniając sygnały peptydowe w podobny sposób, jak robią to neurony.
Komórki peptydergiczne płaskowców powstają w procesach rozwojowych podobnych do neurogenezy, czyli procesu powstawania nowych neuronów u człowieka. Co więcej, analizy wykazały, że komórki te posiadają maszynerię genetyczną niezbędną do zbudowania części neuronu, która może wysyłać sygnał.
Jednak komórkom tym daleko do bycia prawdziwym neuronem. Tutaj uwidacznia się różnica w „poziomie zaawansowania”. Otóż wspomnianym komórkom peptydergicznym brakuje elementów odbierających wiadomość neuronową lub tych wymaganych do przewodzenia sygnałów elektrycznych.
Co ciekawe komórki wydzielające peptydy przetrwały miliony lat u płaskowców, natomiast nie występują u innych wczesnych zwierząt, takich jak gąbki czy żebropławy. Może to świadczyć o tym, że wyewoluowały one jeszcze przed innymi przypominającymi neurony komórkami.
Źródło: Centre for Genomic Regulation, Science Alert, fot. Sebastian R. Najle/Centro de Regulación Genómica
