Круглые черви оказались способны слышать всем телом

Американские и китайские биологи показали, что нематоды Caenorhabditis elegans могут воспринимать звук, несмотря на то, что у них нет морфологически обособленных органов слуха. При этом роль барабанной перепонки играет кутикула — покровы червей. В работе, опубликованной в журнале Neuron, исследователи отмечают, что слух может быть более широко распространен среди беспозвоночных, чем считалось ранее.

Животные воспринимают сигналы внешней и внутренней среды при помощи сенсорных систем, среди которых наиболее распространены органы зрения, осязания, обоняния, вкуса и проприорецепции. При этом привычная для людей слуховая сенсорная система характерна только для нескольких групп животных: позвоночных и некоторых членистоногих. Также предполагается, что слухом могут обладать и головоногие моллюски.

Caenorhabditis elegans — один из самых популярных модельных объектов в биологии, в том числе и при изучении сенсорных систем. К примеру, несколько лет назад ученые показали, что эти нематоды обладают проприорецепцией, а также проявляют отрицательный фототаксис, несмотря на отсутствие глаз.

Основная среда обитания C. elegans — гниющие растительные остатки, а не почва, как считалось ранее. В такой среде встречается большое количество хищников, в частности различные членистоногие, которые могут издавать довольно громкие звуки. По этой причине Адам Илифф (Adam J. Iliff) из Мичиганского университета и его коллеги из Китая и США решили проверить, реагируют ли эти нематоды на звуковые колебания воздуха.

С помощью звукового генератора биологи стимулировали звуком различные участки тела червей. Оказалось, что черви проявляли отрицательный фонотаксис — избегали источника звука.

Для того чтобы исключить реакцию нематод на колебания субстрата, исследователи изучили поведение червей с мутацией в гене mec-4, которая приводит к дегенерации механосенсорных нейронов, ответственных за восприятие вибрации субстрата. Оказалось, что и такие мутанты проявляли отрицательный фонотаксис. Дополнительно исследователи измерили вибрацию субстрата при помощи лазерной виброметрии и обнаружили, что звук вызывает минимальные колебания в субстрате.

Затем ученые решили выяснить, каким образом звук активирует поведение фонотаксиса. Для этого они снова использовали лазерную виброметрию, которая показала, что кутикула червей вибрирует в ответ на звук. Биологи предположили, что кутикула C. elegans выступает аналогом барабанной перепонки позвоночных и перепонки тимпанальных органов насекомых. Ученые проверили это предположение, изучив поведение нематод с мутациями в генах bli-1, bli-2 и bli-6, вызывающими нарушение структуры кутикулы. Выяснилось, что такие мутанты практически не реагировали на звуковые колебания.

Адам Илифф с коллегами установили, что за фонотаксисное поведение отвечают механосенсорные нейроны FLP и PVD. Ученые выяснили, что центральную роль в преобразовании звуковых сигналов играют субъединицы DES-2/DEG-3 никотинового ацетилхолинового рецептора. При этом оказалось, что ацетилхолин не участвует в передаче сигнала, так как мутанты по генам cha-1 и unc-17, у которых отсутствует синтез ацетилхолина, проявляли нормальную реакцию на звуковые стимулы.

Ученые предполагают, что DES-2/DEG-3 выступают порообразующими субъединицами канального комплекса механотрансдукции, который преобразует звуковые волны в нервный импульс. Этим нематоды отличаются от насекомых и позвоночных, у которых такую функцию выполняют каналы TRP и TMC соответственно.

В экспериментах нематоды реагировали на звук с частотой от 100 до 5000 герц. Биологи отмечают, что частотный диапазон C. elegans шире, чем у некоторых позвоночных, таких как рыбы или черепахи.

По мнению авторов, полученные результаты подтверждают представление о том, что органы слуха независимо возникали у животных в процессе эволюции, в отличие от органов зрения, которые у билатеральных животных, вероятно, имеют общее происхождение.

Также авторы работы предположили, что аналогичным образом воспринимать звук могут и другие беспозвоночные с мягким телом, такие как моллюски, кольчатые и плоские черви.

Ранее мы писали о том, как американские биологи с помощью ультразвука научились управлять активностью нейронов C. elegans.

Семён Морозов