Морской еж
Морской еж
Алексей Костин Опубликована сегодня в 9:12

Тело морского ежа ведёт себя как мозг — учёные удивились масштабу скрытых нейронов

Анализ ядер показал сложность нервной системы морского ежа — Stazione Zoologica

Морские ежи кажутся простыми существами, но детальный анализ их клеточного состава раскрывает удивлённо сложную организацию. Новый атлас клеток показывает, что тело молодого ежа устроено как распределённая нейронная сеть, охватывающая поверхность и внутренние структуры. Такая модель переворачивает старые представления о том, что можно считать мозгом, и проливает свет на раннюю эволюцию нервных систем. Об этом сообщает группа исследователей под руководством биолога развития Периклиса Паганоса из Stazione Zoologica Антон Дорн.

Тело как сеть: невидимый мозг морского ежа

Традиционно нервную систему морских ежей считали почти примитивной: кольцо нервов и отдельные сигнальные узлы. Однако результаты транскриптомного анализа одного ядра (SNT), выполненного на молодых Paracentrotus lividus, опровергли эту картину.

Было секвенировано около 25 тысяч ядер, сгруппированных в 48 молекулярных кластеров, которые формируют восемь основных семейств тканей — от мышечной системы до водяной сосудистой. Неожиданным стало то, что две трети кластеров оказались нейронными, указывая на крайне насыщенную и распределённую нервную архитектуру.

Такой уровень организации интересным образом перекликается с тем, что известно о появлении сложных клеточных систем у древних эукариот: исследования об устойчивых линиях ранних эукариотических организмов показывают, как долго сохраняются базовые молекулярные схемы, участвующие в построении различных тканей. Эти механизмы отражены, например, в данных об эволюционном происхождении клеточных структур, представленных в исследовании древних эукариотических родословных.

Метаморфоз: два разных тела из одного генома

Жизненный цикл морского ежа включает резкую перестройку. Личинка плавает, питается взвешенными частицами и имеет двустороннюю симметрию. После метаморфоза она превращается в донного ювенильного ежа с пентарадиальной конфигурацией.

Ранее изученные генные регуляторные сети (GRN) показывают, что многие ключевые программы развития повторно используются на новом этапе, но в обновлённой комбинации. Атлас демонстрирует, что один и тот же геном способен синхронно поддерживать две принципиально разные морфологические модели — плавающую личинку и донного подростка.

Некоторые пищеварительные зоны продолжают использовать прежние "личиночные" регуляторы, в то время как другие участки кишечника формируются буквально заново, чтобы обеспечить переход к другой диете и образу жизни.

Нервная система: 29 семейств нейронов

Самым интригующим стало разнообразие нейронов. Исследователи выявили 29 семейств, использующих весь спектр медиаторов — от серотонина до ГАМК и гистамина.

Многие кластеры включали сложные наборы нейропептидов, указывая на многослойную регуляцию сигналов. Некоторые нейроны одновременно применяют разные медиаторы, что предполагает высокоточную настройку ответов.

"Это коренным образом меняет то, как мы думаем об эволюции сложной нервной системы", — сказал д-р. Джек Ульрих-Лютер из Музея естественной истории в Берлине, Германия.

Свет без глаз: 15 типов фоторецепторов

Морские ежи не имеют камерных глаз, но их тела покрыты фоторецепторными клетками. Молодые и взрослые особи реагируют на освещение множеством способов: меняют положение иголок, корректируют движение трубчатых ножек, варьируют интенсивность активности.

Атлас выявил 15 типов фоторецепторных нейронов, каждый из которых сочетает собственные опсины и уникальные регуляторные комбинации. Особенно важной оказалась группа клеток возле каждой трубчатой ножки — она использует меланопсин совместно с Go-opsin3.2, формируя локальные сенсорные "модули".

Контекст: почему морские экосистемы так важны

Структура нервной системы морского ежа становится лучше понятна на фоне среды, в которой он живёт. Подводные рельефы и сложные геологические образования формируют условия для распределения беспозвоночных, включая ежей, и влияют на их поведение, питание и защитные механизмы. Исследования океанических ландшафтов помогают понять, как экологические ниши определяют эволюцию таких организмов — это отражено, например, в работах о подводных формах рельефа, подробно описанных в исследовании океанических ландшафтов.

Эта связь с окружающей средой особенно важна для действий, связанных с сенсорными системами: распределённый "мозг" морского ежа адаптируется к множественным сигналам — световым, тактильным и химическим.

Сравнение: простая сеть vs распределённый мозг

  1. Линейная нервная дуга → многослойная сеть с несколькими медиаторами.

  2. Один тип фоторецепторов → сложный набор из 15 специализированных клеток.

  3. Централизованная обработка сигналов → распределённая сенсорная интеграция.

  4. Примитивная схема реагирования → гибкие многовекторные ответы.

Плюсы и минусы такого устройства

Плюсы:

  • устойчивость благодаря распределению функций;
  • адаптивность к изменяющимся условиям;
  • высокая сенсорная чувствительность;
  • возможность локальной обработки сигналов.

Минусы:

  • отсутствие единого центра усложняет координацию;
  • высокая зависимость от структур метаморфозы;
  • дополнительные энергетические затраты;
  • уязвимость распределённых нейронов при травмах.

Популярные вопросы о нервной системе морских ежей

Правда ли, что у морских ежей нет мозга?
Формально да, но у молодых ежей структура нервной системы действует как распределённый мозг, охватывая всё тело.

Почему им нужно столько видов фоторецепторов?
Чтобы различать направления света, избегать опасности и регулировать движение на морском дне.

Как эти данные помогают изучать эволюцию?
Они показывают, что сложные нервные системы могли развиваться не только через централизацию, но и через распределённый принцип.

Читайте также

Черные дыры могут стимулировать звездообразование в экстремальных условиях сегодня в 11:27
Звезды, которые не боятся черной дыры — удивительное открытие о пыльных объектах в центре Млечного Пути

Новое исследование показывает, как пыльные звезды и бинарные системы остаются стабильными рядом с черной дырой Стрельца А*, бросая вызов старым теориям о разрушении звезд.

Читать полностью »
Теплые отношения снижают риск ожирения и улучшают пищевые привычки — UCLA сегодня в 10:20
Тёплые отношения меняют аппетит — как поддержка партнёра помогает контролировать вес

Исследование UCLA показало, как поддерживающие отношения и окситоцин влияют на аппетит и метаболизм, помогая людям поддерживать более здоровый вес и баланс.

Читать полностью »
Опрос выявляет нейтральные ассоциации об акулах — Университет Южной Австралии сегодня в 8:02
Акулы теряют образ монстров — новое исследование показало неожиданную реакцию людей

Новое исследование показывает: люди думают об акулах не только через страх. В ответах участников появились любопытство, уважение и осознание важности этих морских хищников.

Читать полностью »
Аромат бекона меняет метаболические реакции будущих мышат — MPI сегодня в 7:14
Запах бекона меняет судьбу потомства — беременность реагирует так, что учёные не поверили глазам

Учёные выяснили, что запах жирной пищи во время беременности может менять метаболизм потомства: аромат бекона у беременных мышей запрограммировал склонность к набору веса у их детёнышей.

Читать полностью »
Костяной дом Межириха раскрывает краткость проживания охотников — Вэй Чу сегодня в 6:18
Кости мамонтов заговорили спустя 18 тысяч лет: ледниковый дом раскрыл тайну исчезнувшей деревни

Учёные переосмыслили костяные дома Межириха: новые датировки показывают, что внушительные сооружения из мамонтовых костей были не деревнями, а кратковременными лагерями охотников.

Читать полностью »
Динозавры прекращали заботу о молодняке после ранних этапов – Томас Хольц сегодня в 5:39
Детёныши динозавров жили сами по себе — родители делали то, что сегодня кажется немыслимым

Учёные переоценивают роль детёнышей динозавров: новые данные показывают, что маленькие особи жили иначе, чем взрослые, формируя уникальные экологические ниши.

Читать полностью »
Микробы превращают растительные молекулы в активные вещества – международная группа сегодня в 4:24
Растительная пища действует не на всех — микробы запускают скрытый механизм, который меняет результат

Учёные выяснили, что эффективность растительной диеты зависит от набора ферментов кишечных микробов: именно они превращают растительные вещества в активные формы.

Читать полностью »
Холод изменяет границы телесного восприятия и повышает чувствительность сегодня в 3:19
Температура кожи меняет самость — лёгкое тепло заставляет мозг делать то, что никто не ожидал

Учёные выяснили, что даже слабые сигналы температуры кожи могут менять ощущение себя, влиять на эмоции и формировать внутреннее равновесие.

Читать полностью »