Когда люди представляют себе существа с развитыми органами зрения, в их воображении обычно возникают млекопитающие, птицы или, возможно, осьминоги. Но у морских кольчатых червей, например, у щетинкочелюстных Platynereis dumerilii, глаза устроены по принципу, схожему с глазами позвоночных и головоногих моллюсков. Такие зрительные органы, известные как «камеры», обладают способностью воспринимать изображение с поразительно высокой четкостью. Однако, как обеспечивается непрерывный рост глаз у этих беспозвоночных в течение всей их жизни? К исследованию этого вопроса подключилась международная группа ученых из Венского университета, Института Альфреда Вегенера в Бремерхафене и Ольденбургского университета изучила этот вопрос и получила новые результаты, опубликованные в журнале Nature Communications.
Фасеточные глаза, встречающиеся у беспозвоночных и позвоночных, являются классическими примерами параллельной эволюции, которая, по мнению ученых, возникла независимо как аналогичное решение общей биологической проблемы. Для понимания дальнейшего развития подобных глаз, группа исследователей проанализировала глаза зрелых животных Platynereis — модельной системы, которая на протяжении длительного времени применяется для исследования основных закономерностей работы фоторецепторов и развития мозга.
Используя секвенирование РНК отдельных клеток, Надежда Миливоевич из Венского университета идентифицировала молекулярные маркеры, свойственные стволовым клеткам, и создала карту их распределения и активности в сетчатке червя. Исследование показало наличие определённой области на периферии сетчатки, где сконцентрировано значительное количество нервных стволовых клеток, демонстрирующих активный процесс деления в период роста глаза взрослого организма. «Нам было неожиданно обнаружить делящиеся клетки на краю сетчатки червя — в том же месте, где у некоторых позвоночных сохраняются стволовые клетки сетчатки, поддерживающие рост глаза на протяжении всей жизни», — отмечает Миливоевич.
Существует мнение, что «ресничная краевая зона» обеспечивает постоянный рост глаза – принцип, который наблюдается в сетчатке морского червя. Как отмечает Флориан Райбле, старший автор исследования из Венского университета, у позвоночных, демонстрирующих непрерывный рост, таких как рыбы и земноводные, эти стволовые клетки обеспечивают глаз новыми нейронами сетчатки по мере взросления организма. По словам Райбле, в глазах щетинохвостки также возможно появление новых фоторецепторных клеток и увеличение их размеров – характеристика, которая пока недостаточно исследована вне позвоночных.
Не менее удивительно, что рост глаз у взрослых червей также зависит от освещенности. Подробный генетический и молекулярный анализ показал, что этот эффект связан с c-опсином – светочувствительной молекулой, которая встречается и в палочках, и в колбочках сетчатки глаза позвоночных.
Предыдущие работы указывали на то, что опсины, составляющие глаза червей, принадлежат к иному семейству молекул. Однако обнаружение c-опсина, типичного для позвоночных, стало неожиданностью. Установлено, что эта светочувствительная молекула присутствует в ранних стадиях развития фоторецепторных клеток червя. Это позволяет сделать вывод о том, что она функционирует как молекулярный переключатель, соединяющий воздействие света с активностью стволовых клеток. Полученные данные демонстрируют, что зрительные системы способны не только воспринимать свет, но и формироваться под его влиянием.
Представленные данные позволяют восполнить существующий пробел в знаниях о развитии и работе глаз как у беспозвоночных, так и у позвоночных животных. Выявлено, что глаза Platynereis состоят из кольца нейронных стволовых клеток, приближает биологов к пониманию универсальных принципов эволюции органов чувств.
Это также ставит новые вопросы. Способны ли другие стволовые клетки в организме реагировать на воздействие окружающего освещения? Каким образом искусственный свет может влиять на естественные системы регуляции? Ученые рассчитывают, что дальнейшие исследования механизмов стволовых клеток червей позволят найти ответы на эти вопросы и помогут понять, как адаптируется нервная система.
[Фото: Florian Raible / University of Vienna]