Внутрішні органи губки свідчать про те, як еволюціонували нервові клітини

Спонжі мало як відповідають опису тварин. Більшість з них лежать нерухомо на дні океану, не маючи м’язів, легенів, жабр, кишечника та очевидних нервових клітин і живлячись будь-якими частинками поживних речовин, які пливуть їхнім шляхом. Однак нове дослідження, що характеризувало їхні клітини, виявило одну з них, що схожа на нервову клітину: вона та клітини, з якими вона взаємодіє, мають деякі з тих самих робочих генів, що й нервові клітини. І два типи клітин можуть співпрацювати, щоб координувати живлення, як це робить наш складний мозок. Однак деякі біологи-спонжі заслуговують на питання, чи є нервоподібна клітина тим, чим вона стверджується. Якщо дослідження витримає, “це матиме величезне значення для розуміння походження нервової системи тварин”, каже Скотт Ніколс, еволюційний розвивальний біолог з Університету Денвера, який не брав участі в роботі. Нервові клітини мають спеціальні властивості, що дозволяють їм спілкуватися з блискавичною швидкістю. Кожна з них має центральне тіло та довгі процеси, які досягають інших клітин, створюючи з’єднання, називається синапсами між кожною нейронною мережею. Коли нервова клітина стимулюється, вона відправляє електричний імпульс вниз по процесах та вивільняє нейромедіатори, які подорожують через проміжок до наступної нейронної клітини. Нейромедіатори активують білки у приймаючій клітині та можуть запустити інший електричний сигнал. Для розуміння того, як така складна система комунікації між клітинами спочатку еволюціонувала, дослідники все більше звертаються до тварин, таких як губки, які виникли на початку еволюції життя. Незважаючи на те, що вони не мають нервових клітин, у губок були виявлені деякі з тих же спеціалізованих генів для синапсів, які мають більш розвинені тварини. Проте визначення того, як губки використовують ті гени, було непростим завданням через їхню дивну архітектуру. Губка складається з мережі з’єднаних каналів, до яких входять невеликі шлункові камери, вирізані спеціалізованими шлунковими клітинами з віївкоподібними виростами. Вії б’ються в такт, щоб притягати воду через сіткоподібний комірець клітини та захоплювати мікроскопічні частинки, навіть плаваючий ДНК, для харчування. “Їхній відмінний план тіла ускладнює порівняння з іншими тваринами”, – каже Детлев Арендт, еволюційний біолог з Європейської молекулярної біологічної лабораторії (EMBL). Щоб дізнатися більше, він, еволюційний біолог EMBL Якоб Муссер та їх колеги використовували технологію одноклітинної секвенції для оцінки месенджерної РНК (mRNA) в кожній клітині, що пропонує представлення будь-яких активних генів. Незважаючи на те, що більшість клітин в організмі мають той же набір генів, кожен тип клітин активує унікальний піднабір. Ідентифікувавши групи активних генів, вчені можуть класифікувати типи клітин та розуміти, як вони еволюціонували. Муссер та його колеги розділили цілі губки Spongilla lacustris на окремі клітини, відсортувавши кожну з них в краплину та маркуючи mRNA для послідовності. Вони розробили техніку флуоресцентної маркування активних генів, щоб побачити, де саме використовуються кожен з них. Їхній метод “може перетворити розуміння клітинної біології губок”, – каже Саллі Лейс, біолог-спонжі з Університету Альберти в Едмонтоні, яка не брала участь у роботі. У журналі Science Муссер, Арендт та їхній міжнародний колектив співавторів повідомляють про відрізнення 18 типів губкових клітин, включаючи декілька, що нагадують спеціалізовані клітини людини та складніші тварини. Один тип має активність генів, схожу на м’язи більш складної тварини – ці клітини допомагають губкам розширюватися та скорочуватися. Команда також звернула увагу на клітини, які привели їх до середини спонжової контроверсії. Спочатку називають нейроїдними клітинами, а також центральними клітинами, ці клітини були повідомлені лише декількома дослідницькими групами спонжів протягом десятиліть – їхня кількість здається невеликою, і вони повзуть по середині шлункової камери губки. Муссер, Арендт та їхні колеги повідомляють про знаходження деяких з цих нейроїдних клітин та документування того, що вони мають активні гени, спільні з боку синапсу, який відправляє сигнал до іншої нервової клітини. І поруч з нейроїдними клітинами є шлункові клітини, активні гени яких включають ті, які зазвичай виражаються у приймаючій клітині синапсу, показали вчені. “Це було захоплюючим відкриттям, оскільки це підказує нам, що перші нервові системи тварин можуть бути еволюційною відповіддю на регулювання живлення або моніторинг мікробів