Аналог пептидного гормона окситоцина, который у млекопитающих способствует укреплению социальных связей и снижает аппетит, у морских звезд красных астериасов (Asterias rubens) активирует пищеварительную систему даже в отсутствие пищи, сообщается в BMC Biology. Возможно, в будущем его действие поможет бороться с разрушительным действием морской звезды терновый венец (Acanthaster planci) на кораллы.
В нервной системе животных в качестве переносчиков сигналов используются различные по химической природе вещества, в том числе пептиды — цепочки из нескольких аминокислот (обычно до 50; молекулы, которые состоят из более чем 50 аминокислот, считаются белками, но четкой границы между ними нет). Особенно часто они задействуются у беспозвоночных, но и у млекопитающих многие физиологические процессы регулируются сигнальными пептидами.
Одна из наиболее популярных таких молекул для исследования — окситоцин. Дело в том, что он обладает широким спектром действия: у млекопитающих провоцирует сокращение гладких мышц (в частности, матки), выделение молока, помогает формировать чувство привязанности к детенышам и любым другим особям. Ген предшественника окситоцина древний и у разных систематических групп животных независимо удваивался, его новые копии порой приобретали новые функции. В основном действие окситоцина и его ортологов (молекул, которые кодируются такими генами у разных видов) изучают на позвоночных либо первичноротых беспозвоночных — моллюсках, членистоногих и круглых червях. Функции тех же пептидов в организмах вторичноротых беспозвоночных — более близких родственниках позвоночных (так как те тоже вторичноротые) — исследуют гораздо реже.
Биологи из Лондонского университета Королевы Марии под руководством Моуриса Эльфика (Maurice R. Elphick) исследовали действие на поведение морской звезды Asterias rubens нескольких близких по составу сигнальных пептидов: астеротоцина, NGFFYамида, а также вазопрессина и окситоцина (последних двух у иглокожих нет). Сначала они определили, какие сигнальные пептиды кодируются генами красного астериаса и вырабатываются в его организме, затем установили структуру потенциального рецептора к этим пептидам.
В опытах in vitro ученые определили, с что активирует этот рецептор — астеротоцин, NGFFYамид (его паралог), окситоцин или вазопрессин (не вырабатываются у морских звезд). Затем теми же веществами действовали уже на фрагменты различных органов Asterias rubens, в том числе желудок. Наконец, перечисленные пептиды по одному вводили морским звездам и отмечали изменения в их поведении. В качестве контроля выступала морская вода.
Выяснилось, что рецептор к сигнальным пептидам, строение которого исследовали ученые, активируется астеротоцином в физиологической концентрации 5,7×10−8 моль на литр, а на остальные три вещества даже в высокой концентрации, порядка 10−4 моль на литр, практически не реагирует. То же можно было сказать про фрагменты пищеварительной системы морской звезды. Мышцы ее нижнего желудка расслабляются под действием астеротоцина, притом в 3–4 раза сильнее, чем под действием других пептидов. А инъекция этого вещества провоцирует пищевое поведение у красного астериаса. Животное выгибается, как если бы оно залезало на раковину моллюска, и выпускает наружу нижний желудок. Он выделяет пищеварительные ферменты, которые предназначены для размягчения тканей жертвы (но в экспериментальных условиях жертв не было).
Получается, что ортолог окситоцина стимулирует пищевое поведение у Asterias rubens. У мышей, обезьян и человека сам окситоцин снижает аппетит, но в любом случае получается, что он регулирует прием пищи — пусть и оказывая диаметрально противоположные эффекты.
Если окажется, что астеротоцин действует на других морских звезд так же, как на красного астериаса, можно будет использовать эту молекулу для регуляции пищевого поведения тернового венца (Acanthaster planci) в Тихом океане. Как и A. rubens, этот организм — хищник, но в основном он питается не моллюсками, а кораллами. В последние годы терновый венец сильно размножился из-за падения численности естественных врагов — хароний и быстро поедает коралловые полипы Большого барьерного рифа. Учитывая, что терновый венец ответственен за потерю почти четверти (42 процента от половины) кораллов с 1985 по 2012 год, его деятельность надо контролировать.
Иглокожие, к которым относятся красный астериас и терновый венец, обладают множеством необычных черт. Кроме того, что для переваривания пищи они выворачивают наружу желудок, некоторые из них, в частности, офиуры, имеют линзы из кальцита, через которые проходит свет. Снизить хрупкость этих линз позволяет механизм их формирования. Множество наночастиц, осаждаясь одновременно, формируют аморфную и кристаллическую фазы, и вторая сжимает первую.
Светлана Ястребова