Медузы стали нейробиологическим модельным организмом
Средиземноморская медуза Clytia hemisphaerica является жизнеспособным модельным организмом для нейробиологических исследований. Ученые создали несколько генетически модифицированных популяций этого вида и продемонстрировали, что простые генетические изменения имеют поведенческие последствия, полезные для изучения нервной системы медуз.
Медуза Clytia hemisphaerica является одной из моделей в биологии развития яйцеклеток, эмбриологии и эволюции уже более десяти лет. Чтобы перепрофилировать ее для исследований в области неврологии, ученым сначала нужно было определиться с генетическими модификациями, необходимыми для изображения и изучения нервной системы. Они знали, что нейроны у этого вида медуз расположены в одном или двух концентрических кольцах по краю колокольчика, с сетчатой сетью нейронов на нижней стороне тела и щупальцах. Подмножество на нижней стороне медузы продуцирует пептиды RFamide (RFa), которые у других видов могут указывать на отдельную популяцию нейронов со связанными функциями.
В своем новом эксперименте, чтобы вывести генетически модифицированную медузу, ученые вставили в ее геном ген, который убивал нейроны, продуцирующие пептиды RFa, в ответ на препарат в воде. В результате медузы, плавающие в водном растворе с лекарством, потеряли способность передавать пищу из своих щупалец в рот — без нейронов, контролирующих это поведение, они не могли сокращать мышцу, которая сгибает край тела по направлению ко рту.
Затем ученые попробовали ввести другой ген для экспрессии индикатора кальция GCaMP. Когда нейроны срабатывали, кальций заполнял клетку, и индикатор GCaMP, представляющий собой комбинацию зеленого флуоресцентного белка и других пептидов, светился зеленым, позволяя исследователям наблюдать за активацией нейронов с помощью флуоресцентного имеджера в режиме реального времени. Визуализация поведения кормления медуз в популяции GCaMP выявила клинья нейронов, расположенных в виде освещенных ломтиков пирога вокруг круглой нижней стороны тела. Ученые признались, что в тот момент наблюдали удивительную степень внутренней организации. Высокосвязанные подгруппы нейронов неизменно с большей вероятностью срабатывали вместе, но, тем не менее, создавали огромное разнообразие возможных популяций нейронов в форме клина.
Ученые считают, что медузы, также как кораллы, морские анемоны и гидрозоаны, могут помочь нейробиологам понять минимальную сложность, необходимую нервной системе для выполнения сложных действий. В некотором смысле, изучая такие организмы, можно раскрыть первые «детские шаги» эволюции в дизайне мозга.
