Отверстие в черепе у морских змей оказалось частью аналога жабр
Кровеносные сосуды под кожей морской змеи полосатого ластохвоста (Hydrophis cyanocinctus), расположенные напротив отверстия в черепе, образуют разветвленную сеть, которая снабжает мозг рептилии, пока та находится под водой. Пока точно неизвестно, дает ли это какие-то преимущества ластохвосту, но эта сеть, по расчетам, способна подавать в мозг животного в 25 раз больше кислорода, чем нужно. Исследование опубликовано в журнале Royal Society Open Science.
Морские змеи — группа чешуйчатых рептилий, которые живут в водах Индийского и Тихого океанов. Некоторые из них, в том числе представители рода ластохвостов (Hydrophis), никогда не выходят на сушу. Хотя все эти змеи имеют легкие, некоторые приспособления к жизни под водой они все же приобрели — например солевые железы, помогающие избавляться им от излишков соли, и способность к кожному дыханию, которая покрывает примерно 30 процентов их потребности в кислороде.
Есть у представителей рода Hydrophis и еще одна особенность — отверстие в задней верхней части черепа. Такого больше нет ни у кого из змей, и оно не встречается даже у самых древних их видов, живших около 100 миллионов лет назад. Подобное отверстие есть у многих ящериц, но у ластохвостов, в отличие от них, на коже нет никаких следов его присутствия.
Алессандро Пальчи (Alessandro Palci) из Университета Флиндерса и его коллеги решили выяснить, что это за отверстие и зачем оно нужно. Для этого они купили двух живых полосатых ластохвостов у торговца рыбой во Вьетнаме. Змей умертвили, а затем изучили их черепа с помощью рентгеновской микротомографии. Оказалось, верхняя часть черепа змей под кожей покрыта плотной сетью небольших сосудов и капилляров, которые пронизывают даже дерму, нижний слой кожи. Мелкие сосуды сходятся в один основной сосуд, уходящий в то самое отверстие. Далее он снова разветвляется, уже в мозгу пресмыкающегося.
Микротомография не позволила выяснить, артериальные это сосуды или венозные. Ученые провели гистологическое исследование одной из их змей и выяснили, что сосуды венозные, то есть идущие к сердцу.
Ученые выдвинули четыре гипотезы, чтобы объяснить задачи открытой ими сети кровеносных сосудов, получившей название MCVN (modified cephalic vascular network). Согласно первой они нужны, чтобы питать механосенсорные органы чувств, которые находятся как раз на морде. Но эту версию авторы статьи отвергли, потому что распределение рецепторов на коже головы не совпадает с распределением плотности капилляров.
Вторая гипотеза предполагала, что MCVN поставляет кровь в эректильную ткань, которая закрывает ноздри змей под водой. Эту гипотезу ученые тоже отбросили, потому что такие ноздри есть у всех морских змей, а отверстия в голове, и, вероятно, MCVN, нет больше ни у кого.
По третьей гипотезе MCVN снабжает кровью солевую железу, которая находится под языком. Но сеть сосредоточена все же на верхней части морды, а не возле железы, так что эта гипотеза тоже не подошла.
Осталась четвертая, по которой сеть сосудов нужна для того, чтобы снабжать кислородом сам мозг. Учитывая, что ластохвосты умеют дышать кожей, ученые предположили, что сеть сосудов в дерме нужна для того, чтобы обогащать кровь кислородом, который проникает сквозь покровы головы из воды, а поскольку сеть проникает в мозг и оплетает его, то скорее всего тот кислород, который несет кровь, нужен именно ему.
Ученые рассчитали, сколько кислорода может переносить кровь из подкожной сети в голове, учтя количество кислорода, растворенного в морской воде, толщину кожи, плотность капиллярной сети и парциальное давление кислорода в крови змей. Оказалось, что MCVN собирает столько кислорода, что перекрывает потребности змеиного мозга в нем в 25 раз. Интересно при этом, что мозг ластохвоста снабжается кислородом не из артерий, как, например, у человека, а с помощью венозной крови. Это связано с тем, что артериальная кровь после легких насыщена кислородом, что только мешало бы обогащаться им из морской воды, а венозная, которая течет в MCVN, как раз бедна, и потому должна активно забирать кислород из окружающей среды.
Судя по тому, что отверстие в черепе, с которого началось исследование, есть только у полосатого ластохвоста и его ближайших родственников, то сеть сосудов, которые играют роль дополнительного легкого или жабер, есть только у них. Как это приспособление влияет на образ жизни ластохвостов и в какой степени оно им помогает, пока неизвестно.
Морские змеи, несмотря на то, что живут в соленой воде, нуждаются в пресной для питья. Мы писали о том, как двухцветные пеламиды, обитающие в Индийском океане, пьют пресную воду, которая образует «линзы» на поверхности океана после сильных ливней.
Максим Абдулаев
С помощью модуляции дофаминовой сигнализации
Американские ученые разработали аденоассоциированный вирусный вектор, который несет ген, кодирующий человеческий глиальный нейротрофический фактор (GDNF). Введение этого вектора макакам-резусам с симптомами алкоголизма снижало вероятность злоупотребления алкоголя в течение года. Как сообщается в журнале Nature Medicine, такое изменение в поведении сопровождалось нейрофизиологическими модуляциями дофаминовой сигнализации в прилежащем ядре, которая обычно страдает при хроническом употреблении алкоголя. Несмотря на то, что расстройства, связанные с употреблением алкоголя, наносят огромный экономический и социальный ущерб, существует лишь несколько эффективных фармакотерапевтических средств. При этом не существует подходов, которые бы непосредственно воздействовали на лежащие в основе адаптации нейронные контуры, которые формируются при длительном употреблением алкоголя и лежат в основе алкогольной зависимости. Команда ученых под руководством Кристофа Банкевича (Krystof Bankiewicz) из Университета штата Огайо исследовала, как на эти схемы мог бы повлиять глиальный нейротрофический фактор (GDNF), поскольку известно, что он принимает непосредственное участие в регуляции дофаминергических нейронов (они непосредственно связаны с развитием алкоголизма). Для этого авторы разработали аденоассоциированный вирусный вектор, который несет ген, кодирующий человеческий GDNF. Поскольку неспособность длительно отказываться от алкоголя и неспособность сократить количество потребляемого алкоголя выступают двумя основными проблемами у людей с алкогольной зависимостью, ученые смоделировали такое поведение у макак. Они многократно повторяли циклы ежедневного опьянения с последующим воздержанием от алкоголя. Когда необходимые паттерны поведения были достигнуты, макаки-резусы четыре недели пили воду вместо этанола. Затем каждой обезьяне в мозг вводили либо экспериментальный, либо контрольный вектор. Через два месяца макакам возобновили доступ к алкоголю на четыре недели. В общей сложности ученые шесть раз повторили циклы принудительного воздержания и повторного введения алкоголя, чтобы смоделировать подобные циклы. Экспериментальный вектор значительно снижал потребление алкоголя в периоды повторного введения алкоголя в течение года (р ≤ 0,001). Причем у макак из экспериментальной группы наблюдалось снижение максимальной дозы потребляемого алкоголя уже в первый день после абстиненции (р ≤ 0,0001). Магнитно-резонансная томография и гистологические исследования тканей мозга показали, что лечение вектором с GDNF восстанавливало дофаминергическую функцию в прилежащем ядре, которая обычно снижена в мезолимбической системе после хронического употребления алкоголя. Повышенная экспрессия GDNF увеличивала доступность и использование дофамина в пути вознаграждения макак до значений, сравнимых со здоровыми макаками. Это доклиническое исследование показывает возможность нового подхода к лечению алкоголизма — с помощью генной терапии. Дальнейшие исследования будут направлены на изучение подробного профиля безопасности препарата у животных. Недавно мы рассказывали, что тягу к алкоголю (и другим веществам) можно зафиксировать с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии.