Λεπτομερείς τρισδιάστατες ανακατασκευές μιας βασικής αισθητηριακής δομής στα κτενοφόρα αποκαλύπτουν πολύ μεγαλύτερη δομική και λειτουργική πολυπλοκότητα από ό,τι είχαν αναγνωρίσει προηγουμένως οι επιστήμονες. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι ένα απλό σύστημα παρόμοιο με τον εγκέφαλο μπορεί να υπήρχε σε ορισμένα από τα πρώτα ζώα, προσφέροντας νέα εικόνα για το πώς εξελίχθηκαν τα νευρικά συστήματα.
Χαρτογράφηση της Κυτταρικής Αρχιτεκτονικής ενός Αρχαίου Οργάνου
Τα κτενοφόρα (κοινώς γνωστά ως ζελέδες χτένας) είναι ευαίσθητα ζελατινώδη θαλάσσια ζώα που εμφανίστηκαν στους ωκεανούς της Γης πριν από περίπου 550 εκατομμύρια χρόνια. Αυτοί οι οργανισμοί περιέχουν μια εξειδικευμένη αισθητηριακή δομή που ονομάζεται άπορο όργανο (ΑΟ), η οποία τους επιτρέπει να ανιχνεύουν τη βαρύτητα, την πίεση και το φως. Μια νέα μορφολογική μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Science Advances δείχνει ότι αυτό το όργανο είναι σημαντικά πιο πολύπλοκο από ό,τι υποστήριζαν προηγούμενες μελέτες.
«Δείχνουμε ότι το ΑΟ είναι ένα πολύπλοκο και λειτουργικά μοναδικό αισθητηριακό σύστημα», δήλωσε ο Pawel Burkhardt, επικεφαλής της ομάδας στο Κέντρο Michael Sars του Πανεπιστημίου του Μπέργκεν. «Η μελέτη μας ενισχύει βαθιά την κατανόησή μας για την εξέλιξη του συντονισμού συμπεριφοράς στα ζώα».
Για να κατανοήσουν πώς οργανώνεται εσωτερικά το αβορικό όργανο, οι ερευνητές συνεργάστηκαν με την Maike Kittelmann στο Πανεπιστήμιο Oxford Brookes και χρησιμοποίησαν προηγμένη ηλεκτρονική μικροσκοπία όγκου. Αυτή η προσέγγιση τους επέτρεψε να δημιουργήσουν εξαιρετικά λεπτομερείς τρισδιάστατες ανακατασκευές της δομής.
Η ανάλυση αποκάλυψε 17 διαφορετικούς τύπους κυττάρων εντός του αβορικού οργάνου, συμπεριλαμβανομένων 11 τύπων εκκριτικών και κροσσωτών κυττάρων που δεν είχαν εντοπιστεί ποτέ πριν. Αυτή η μεγάλη ποικιλία κυττάρων επιβεβαιώνει ότι το AO λειτουργεί ως ένα εξελιγμένο πολυτροπικό αισθητήριο όργανο.
Ένα Υβριδικό Νευρωνικό Σύστημα Επικοινωνίας
Πέρα από την κυτταρική του ποικιλομορφία, το άμορφο όργανο φαίνεται επίσης να είναι στενά συνδεδεμένο με το νευρικό σύστημα της χτενοφόρου. Τα κτενοφόρα διαθέτουν ένα νευρικό δίκτυο που αποτελείται από συγχωνευμένους νευρώνες που σχηματίζουν μια συνεχή δομή σε όλο το σώμα.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αυτό το νευρικό δίκτυο σχηματίζει άμεσες συναπτικές συνδέσεις με τα κύτταρα στο άμορφο όργανο, δημιουργώντας μια οδό για αμφίδρομη επικοινωνία. Ταυτόχρονα, πολλά κύτταρα εντός του ΑΟ περιέχουν πολλά κυστίδια, υποδεικνύοντας ότι μπορεί να απελευθερώνουν εκτεταμένα χημικά σήματα μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως μετάδοση όγκου. Μαζί, αυτοί οι μηχανισμοί υποδηλώνουν ότι το όργανο βασίζεται τόσο σε συναπτικές όσο και σε μη συναπτικές μορφές σηματοδότησης.
"Νομίζω ότι η εργασία μας παρέχει μια σημαντική προοπτική για το πόσα μπορούμε να μάθουμε από τη μελέτη της μορφολογίας", εξηγεί ο Ferraioli. "Θα έλεγα ότι το ΑΟ σίγουρα δεν είναι σαν τον εγκέφαλό μας, αλλά θα μπορούσε να οριστεί ως το όργανο που χρησιμοποιούν τα κτενοφόρα ως εγκέφαλο."
Ενδείξεις για την Εξέλιξη των Εγκεφάλων
Η ομάδα εξέτασε επίσης πώς εκφράζονται ορισμένα αναπτυξιακά γονίδια στα κτενοφόρα. Πολλά γονίδια που εμπλέκονται στη διαμόρφωση της οργάνωσης του σώματος σε άλλα ζώα υπάρχουν σε αυτούς τους οργανισμούς, αλλά τα πρότυπα έκφρασής τους διαφέρουν σημαντικά.
Αυτή η διαφορά υποδηλώνει ότι το άμορφο όργανο μπορεί να μην είναι άμεσα ισοδύναμο με τους εγκεφάλους που βρίσκονται σε άλλες ομάδες ζώων. «Με άλλα λόγια», πρόσθεσε ο Burkhardt, «η εξέλιξη φαίνεται να έχει εφεύρει τα κεντρικά νευρικά συστήματα περισσότερες από μία φορές».
Σύνδεση της Νευρικής Δομής με τη Συμπεριφορά
Πρόσθετη υποστήριξη για αυτά τα ευρήματα προέρχεται από σχετική έρευνα με επικεφαλής τον Kei Jokura στο Εθνικό Ινστιτούτο Βασικής Βιολογίας στην Ιαπωνία, μαζί με τον καθηγητή Gaspar Jekely από το Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης. Σε μια ξεχωριστή μελέτη που περιελάμβανε επίσης τον Burkhardt, οι επιστήμονες ανακατασκεύασαν την πλήρη νευρωνική καλωδίωση του οργάνου ανίχνευσης βαρύτητας της χτένας.
Συνδυάζοντας την απεικόνιση υψηλής ταχύτητας με τρισδιάστατες ανακατασκευές περισσότερων από 1.000 κυττάρων, οι ερευνητές έδειξαν πώς τα δίκτυα συγχωνευμένων νευρώνων συντονίζουν τον παλμό των κροσσών σε διαφορετικά μέρη του σώματος του ζώου. Αυτός ο συντονισμός επιτρέπει στις χτένες να διατηρούν τον προσανατολισμό τους καθώς κινούνται μέσα στο νερό.
«Οι ομοιότητες με τα νευρωνικά κυκλώματα σε άλλους θαλάσσιους οργανισμούς υποδηλώνουν ότι συγκρίσιμες λύσεις με την ανίχνευση βαρύτητας μπορεί να έχουν εξελιχθεί ανεξάρτητα σε μακρινές ζωικές γενεαλογίες», δήλωσε ο Jokura.
Επανεξετάζοντας την Προέλευση των Νευρικών Συστημάτων
Από κοινού, αυτές οι μελέτες υποδηλώνουν ότι τα πρώιμα νευρικά συστήματα μπορεί να ήταν πιο συγκεντρωτικά από ό,τι πίστευαν προηγουμένως οι επιστήμονες. Σύμφωνα με τον Ferraioli, η επόμενη φάση της έρευνας θα επικεντρωθεί στον εντοπισμό των μοριακών χαρακτηριστικών των νεοανακαλυφθέντων κυτταρικών τύπων και στη διερεύνηση του πόσο έντονα το άγριο όργανο επηρεάζει τη συμπεριφορά της κηρήθρας.
www.worldenergynews.gr
