Как внешние сигналы могут влиять на поведение

By Алина Игнатенко No comments

Как внешние сигналы могут влиять на поведение
Гидра в контрольной среде перед сокращением (слева) и во время сокращения (справа). Предоставлено: Ватару Ямамото.

Хотя это может показаться нелогичным, исследователи обращаются к животным без мозга, чтобы взломать нейронный код, лежащий в основе поведения.

Hydra vulgaris, крошечный пресноводный организм с щупальцами, использует «сети» нейронов, разбросанных по всему его трубчатому телу, для координации движений растяжения, сокращения, сальто и кормления. Эта простая нервная система — одна из причин того, что Гидра хорошо подходит для изучения того, как электрическая активность превращается в движение.

В исследовании, опубликованном в eNeuro, дуэт из Колумбийского университета и Морской биологической лаборатории (MBL) начал взламывать нейронный код, лежащий в основе простейшего поведения Гидры, называемого всплесками сжатия (когда туловище сжимается вниз и расширяется наружу снова и снова). Ученые обнаружили, что концентрация растворенных частиц в окружающей воде — свойство, известное как осмолярность, — влияет на активность нейронной цепи в одной из нервных сетей Гидры, которая может запускать определенный набор мышечных клеток для сокращения туловища.

«Один за другим мы хотим расшифровать нейронную и мышечную активность, лежащую в основе каждого поведения Гидры», — говорит старший автор и научный сотрудник Центра Уитмана MBL Рафаэль Юсте из Колумбийского университета. «Эта статья — начало нашего пути».

Пять гидр свободно ведут себя в растворе 50 мМ сахарозы (высокой осмолярности). Это видео ускорено в 300 раз. Предоставлено: Ватару Ямамото.

Юсте и первый автор Ватару Ямамото проводили свои эксперименты в Вудс-Хоул летом 2017 и 2018 годов, консультируясь со своим исследовательским консорциумом MBL Hydra Lab. Они использовали визуализацию кальция всего тела для визуализации нейронов и мышц Гидры и проверили, повлияет ли изменение различных условий окружающей среды, таких как температура воды, размер тела, состояние питания и осмолярность на сокращения. Они были удивлены, обнаружив, что только один из этих параметров, осмолярность, оказал влияние.

Повышение концентрации частиц сахара в воде вызвало меньшее количество сокращений и снижение активности в нервной цепи «сокращения сокращений» (CB), а также в одном наборе мышц. Снижение концентрации частиц имело противоположный эффект, увеличивая клеточную активность и сокращения. Хотя для подтверждения их теории необходимы дополнительные эксперименты, исследователи предполагают, что нейроны CB реагируют на изменения осмолярности изменением мышечной активности, что, в свою очередь, влияет на частоту сокращений.

Активность мышц эктодермы гидры во время сокращения в контрольных средах. Животному позволяли перемещаться между покровными стеклами в установленной конфигурации. Это видео ускорено в 20 раз. Предоставлено: Ватару Ямамото.

Реакция на изменение концентрации частиц может означать разницу между жизнью и смертью Гидры, особенно если речь идет о соли. Как пресноводные обитатели, лишенные развитой выделительной системы, гидра не очень хорошо оснащена для поддержания должного баланса солености внутри и снаружи своего тела. Вода постоянно втекает в их желудочно-сосудистые полости и выходит из них, а слишком много внутреннего солевого раствора заставляет их надуваться и буквально взрываться. Исследователи предполагают, что гидра сокращается в ответ на высокую осмолярность, чтобы «отжаться» и вытеснить лишнюю воду.

Акробатическая гидра демонстрирует: как внешние сигналы могут влиять на поведение
Вульгарная гидра ведет себя свободно, демонстрируя различное двигательное поведение (удлинение, сокращение, сальто). Предоставлено: Ватару Ямамото.

Осмолярность не только влияет на сокращения, но и влияет на то, как часто Гидра отделяет и перемещает свою трубчатую ножку, вероятно, готовясь к переезду в новое место. Ямамото планирует продолжить расследование, как и почему это происходит. Он надеется, что его направление расследования в конечном итоге поможет расшифровать более сложное поведение: кувырок, когда Гидра переворачивает щупальца над ступней, как цирковой акробат.

Добавить комментарий