Испанские ученые обнаружили, что специализированные секреторные клетки миниатюрных морских существ, живших 800 миллионов лет назад, могли дать начало нейронам у более сложных животных, сообщает Центр геномной регуляции (Барселона). Результаты работы опубликованы в журнале Cell.
Пластинчатые — крошечные животные размером с большую песчинку, которые питаются водорослями и микробами, живущими на поверхности камней и других субстратов, обитающих в мелких, теплых морях. У этих существ, похожих на капли и блины, нет каких-либо частей тела или органов. Пластинчатые появились на Земле около 800 миллионов лет назад и являются одной из пяти основных линий животных наряду с гребневиками, губками, группой, в которую входят кораллы, морские анемоны и медузы, а также группой двусторонне-симметричных животных (билатерий).
Морские существа управляют своим поведением с помощью пептидергических клеток, которые выделяют небольшие пептиды, управляющие движением или питанием животного.
Чтобы увидеть, как развивались клетки у пластинчатых, ученые составили карту всех типов клеток этих существ, отметив их характеристики у четырех разных видов. Затем они создали карту регуляторных областей ДНК, которая позволила выявить, что делает каждая клетка и как клетки работают вместе.
Ученые обнаружили четырнадцать различных типов пептидергических клеток, но они отличались от всех других клеток: они не росли и не делились. При этом у пептидергических клеток оказалось много общего с нейронами, которые появились лишь много миллионов лет спустя у более сложных животных, таких как билатерии. При этом эти сходства не проявляются у губок или гребневиков.
Чем же схожи пептидергические клетки и нейроны? Во-первых клетки пластинчатых дифференцируются из популяции эпителиальных клеток-предшественников посредством сигналов развития, которые напоминают нейрогенез — процесс, в результате которого формируются новые нейроны у книдарий (более сложных морских организмов, чем губки) и билатерий.
Во-вторых, пептидергические клетки содержат множество генных модулей, необходимых для построения той части нейрона, которая может отправлять сообщение. Однако эти клетки далеки от того, чтобы быть настоящими нейронами, поскольку в них отсутствуют компоненты для приема нейронного сообщения или компоненты, необходимые для проведения электрических сигналов.
Наконец, методы глубокого обучения показали, что клетки разных типов у пластинчатых общаются друг с другом, используя внутриклеточную систему, в которой специфические белки GPCR (рецепторы, связанные с G-белком) обнаруживают внешние сигналы и запускают серию реакций внутри клетки. Эти внешние сигналы передаются нейропептидами, химическими мессенджерами, используемыми нейронами во многих различных физиологических процессах.
Это исследование показывает, что строительные блоки нейрона сформировались 800 миллионов лет назад у предков животных, незаметно существующих в мелководных морях древней Земли. Однако полная история эволюции нервных систем еще до конца не раскрыта. Считается, что первый современный нейрон произошел от общего предка книдарий и билатерий около 650 миллионов лет назад. И все же нейроноподобные клетки существуют в гребневиках, хотя они сильно отличаются структурой и у них не экспрессируется большинство генов, обнаруженных в современных нейронах.
[Фото: Sebastian R. Najle/Centro de Regulación Genómica]