20010,0,3500,Эти структуры, которые играют ключевую роль в формировании воспоминаний и обучения, известны как грибовидные тела, и до сих пор они были обнаружены только у насекомых. Полученные данные ставят под сомнение наиболее распространенный сценарий развития структур мозга членистоногих.Поскольку общепризнано, что насекомые произошли от ракообразных, а грибовидные тела принадлежат исключительно насекомым (по крайней мере, так казалось), большинство биологов согласны с тем, что эти уникальные структуры мозга развились после того, как линия насекомых отделилась от линии ракообразных.Результаты исследования, опубликованного в журнале с открытым доступом eLIFE, указывают на один из двух возможных сценариев, оба с одинаковой вероятностью вызовут ажиотаж в научном сообществе.
По словам Штраусфельда, профессора-регента кафедры нейробиологии UA и старшего автора статьи, одна интерпретация предполагает, что грибовидные тела намного древнее, чем предполагали ученые, и были потеряны почти у всех ракообразных, кроме креветок-богомолов, группы, известной как стоматоноды. это сестринская группа ракообразных, таких как креветки, омары и крабы. В другом сценарии грибовидные тела эволюционировали независимо у ротоногих и аналогичны своим собратьям у насекомых в ходе процесса, известного как конвергентная эволюция.Членистоногие, насчитывающие более 4 миллионов видов, являются самой большой и разнообразной группой животных, включая ракообразных, насекомых и пауков. Считается, что все членистоногие произошли от общего предка, скорее всего, существа, населявшего дно океана более 550 миллионов лет назад.
Точное ветвление генеалогического древа членистоногих в то время остается неясным, это схематичная картина, скрытая слоями глубокого времени и пробелами в летописи окаменелостей.Визуализируя клетки и нейронные связи в мозге креветок-богомолов, авторы исследования показывают, что среди ракообразных только креветки-богомолы обладают настоящими грибовидными телами. Интересно, однако, что они также обнаружили некоторые атрибуты этих культовых сооружений у близких родственников креветок-богомолов: креветок-чистильщиков, креветок-пистолетов и наземных крабов-отшельников.
Авторы полагают, что это может быть не совпадением, утверждая, что среди ракообразных креветки-богомолы и их родственники являются единственной известной группой, которая зависит от памяти о точном местонахождении. Поэтому не может быть совпадением, что именно эти таксоны сохранили грибовидные тела, потому что «одним из предложенных факторов эволюции больших грибовидных тел является требование вспомнить точное местоположение и свойства мест, из которых можно добывать пищу», как пишут авторы. .«У насекомых грибовидные тела необходимы для обучения и памяти», — говорит Штраусфельд. «Ранее мы показали, что у тараканов они необходимы для запоминания места. Это может быть верно для большинства насекомых. Найти эту структуру у ракообразных действительно интересно, потому что это предполагает, что она, возможно, возникла в глубокой древности: древний центр, сохранившийся более полумиллиарда лет, чтобы выполнять эту функцию ».
Используя метод, известный как иммуногистохимия, Вольф и Штраусфельд сначала подготовили очень тонкие срезы ткани мозга креветок-богомолов и применили антитела, которые специфически обнаруживают определенные белки, которые, как известно, играют важную роль в обучении и памяти. Поскольку эти антитела связаны с флуоресцентными маркерами, исследователи могут отслеживать точное расположение этих белков, поскольку они определяют анатомическую архитектуру нервной системы.«Когда мы изучаем под микроскопом срезы, окрашенные на белки обучения и памяти, характерные доли грибовидных тел, которые типичны для грибовидных тел насекомых, загораются очень интенсивно», — говорит Штраусфельд.Команда уверена, что обнаруженные структуры действительно являются грибовидными тельцами.
В то время как в прошлом для идентификации этих отличительных структур в мозгу насекомых обычно использовались всего три нейроанатомических символа, команда расширила этот набор символов до 14 и, по словам Штраусфельда, «к нашему удовольствию, как и насекомые, креветки-богомолы обнаруживают каждого из них. их."Авторы исследования признают, что, будучи интригующими, их результаты не дают окончательного вывода о том, как и когда эволюционировали грибовидные тела. Гипотеза о том, что идентичные центры такой потрясающей сложности эволюционировали конвергентно у ротоногих и насекомых, столь же увлекательна, как и альтернатива — гипотеза о грибовидных телах, возникших на ранней стадии эволюции всех членистоногих. Штраусфельд и его соавторы не делают ставки на одно как на более вероятное, чем на другое.
«Мы не можем исключить конвергенцию, — говорит Вольф, — потому что сложные структуры могут развиваться несколько раз, хотя это не самый вероятный сценарий».Как отмечают авторы, креветки-богомолы, являясь высшими хищниками, которые используют свое грозное зрение, чтобы выслеживать и охотиться на добычу на значительных расстояниях, должны оценивать и запоминать сложные особенности своей среды.
Точно так же креветки-чистильщики, креветки-пистолеты и наземные раки-отшельники полагаются на развитую пространственную и временную память, которой не обладают другие виды ракообразных, которые, возможно, утратили свои грибовидные тела в ходе эволюции.В предыдущих исследованиях Вольф и Штраусфельд обнаружили структуры, напоминающие грибовидные тела, у таксонов, которые развились до ракообразных и насекомых, таких как многоножки, пауки и даже плоские черви.
Вольф говорит: «Я думаю, что наиболее вероятно, что эти структуры действительно существовали у последнего общего предка членистоногих, а виды, у которых их нет, потеряли их вторично».Авторы надеются, что изучение транскриптомов грибовидных тел, паттернов экспрессии генов, характеризующих участвующие в них нейроны, послужит окончательным арбитром.
«Вопрос, на который мы в конечном итоге хотим ответить: какой мозг был самым ранним?» — говорит Штраусфельд. «Наше исследование дает нам представление о древней структуре мозга. Самый ранний мозг определялся не просто как передний конец нервной системы, а как нечто более сложное. Окаменелые следы, сделанные более 520 миллионов лет назад, показывают нам, что даже самый ранний мозг мог принять решение о том, что делать дальше и куда вернуться, и эти решения вполне могли быть основаны не только на непосредственной сенсорной информации, но и на воспоминаниях ".