Голова морского слизня отбросила тело и отрастила новое
Морские слизни из рода Elysia научились отбрасывать старое тело и отращивать на основе головы новое. Ранее столь экстремальные виды регенерации у организмов со сложным строением были неизвестны. Как отмечается в статье для журнала Current Biology, вероятно, избавляясь от большей части организма, элизии борются с паразитами. Старое тело не отращивает новую голову и со временем погибает, а голова выживает без сердца и пищеварительной системы — по-видимому, благодаря фотосинтезу с помощью хлоропластов из съеденных водорослей.
Многие животные обладают удивительными способностями к регенерации. Среди самых известных примеров — некоторые ящерицы, которые умеют восстанавливать отброшенный хвост, и аксолотли, неотенические личинки мексиканских амбистом (Ambystoma mexicanum), заново отращивающие утерянные конечности. Еще шире регенерация распространена среди беспозвоночных: так, морские звезды из рода Linckia могут вырастить новое тело на основе оторванного луча, а губки возрождаются, даже если их протереть на мелкой терке.
Новый пример экстремальной регенерации обнаружили японские биологи Саяка Мито (Sayaka Mitoh) и Йоити Юса (Yoichi Yusa) из Женского университета Нары. В центре их внимания оказались морские слизни из рода Elysia, которые известны благодаря способности встраивать в ткани хлоропласты съеденных водорослей и с их помощью получать энергию за счет фотосинтеза. Наблюдая за представителями видового комплекса Elysia cf. marginata, которые содержались в неволе, ученые обнаружили, что у некоторых особей головы самопроизвольно отделяются от тела, содержащего сердце, почки, кишечник и репродуктивные органы. Через некоторое время головы отращивают новые тела.
В общей сложности Мито и Юса описали шесть таких случаев. Головы начинали самостоятельно двигаться сразу после аутотомии, а раны на них затягивались в течение суток. Головы молодых (от 226 до 336 дней с момента вылупления) особей в течение нескольких часов приступали к кормлению предложенными водорослями. В течение семи дней они начинали отращивать новые сердца, а спустя двадцать суток полностью восстанавливали тела. Впрочем, более старым особям пережить аутотомию не удавалось: их головы не питались и умирали в течение десяти суток. Интересно, что одна элизия в течение жизни прошла через этот процесс дважды.
Ни одно из обезглавленных тел не смогло отрастить себе новую голову. При этом тела оставались живыми на протяжении нескольких месяцев и двигались в ответ на стимулы (все это время, их, вероятно, поддерживал фотосинтез в хлоропластах). В конце концов они, однако, бледнели, погибали и разлагались.
Похожее поведение было отмечено у родственного вида морских слизней — Elysia atroviridis. Из 82 особей, которые содержались в лаборатории, три отбросили тела — и в двух случаях успешно отрастили себе новые. Как и у E. cf. marginata, обезглавленные тела E. atroviridis двигались, а их вскрытие показало наличие паразитических рачков-копепод из рода Arthurius. Еще 39 зараженных паразитами особей утратили фрагменты тела — и у тринадцати они регенерировались. Для сравнения, из 64 специально пойманных слизней, свободных от паразитов, ни один не отбросил тело.
Мито и Юса обнаружили у обоих видов слизней необычную анатомическую деталь — поперечный желобок, опоясывающий основание головы. Биологи предположили, что он представляет собой линию, по которой происходит аутотомия. Чтобы проверить эту идею, они провели эксперимент с шестью представителями особями E. cf. marginata. Основание головы каждого моллюска в районе желобка обвязали тонкой нейлоновой нитью. В результате у пяти особей через 16-18 часов после начала опыта ткани вокруг нити начали разлагаться, а через 18-22 часа голова отделилась от тела, составлявшего 80-85 процентов всей массы организма. У шестой особи нить сместилась и на отторжение головы ушло девять дней. При этом когда Мито и Юса имитировали атаку хищника, например, зажимали пинцетом тела слизней или разрезали их параподии, отбрасывания тела не происходило.
Авторы отмечают, что некоторые виды морских слизней могут отбрасывать фрагменты тела, чтобы спастись от хищника. Однако утеря большей части организма, включая сердце и другие внутренние органы, до сих пор не отмечалась среди брюхоногих моллюсков и других животных со сложным строением. Как головам элизий удается выжить без тела, пока неясно; возможно, в этом им помогают хлоропласты съеденных водорослей, обеспечивающие их энергией на время регенерации, пока пищеварение остается невозможным из-за отсутствия кишечника.
Кроме того, пока неясно, зачем этим морским слизням вообще отбрасывать тело целиком. Аутотомия обычно используется для защиты от хищников, однако у элизий она происходит слишком медленно для этого. Кроме того, благодаря покровительственной окраске и токсичности врагов у них немного. По мнению Мито и Юсы, элизии могут терять тела, чтобы избавиться от заселивших их паразитов, которые снижают репродуктивный успех хозяев. На это указывают наблюдения за E. atroviridis. Впрочем, есть вероятность, что аутотомия помогает слизням избавиться от накопленных токсичных веществ или позволяет спастись, если они запутаются в водорослях.
Способность отбрасывать хвост появилась у рептилий уже в далеком прошлом. Согласно недавнему исследованию, лишаться хвоста при нападении хищника умели уже рептилии капториниды, жившие 289-286 миллионов лет назад.
Сергей Коленов
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.