Документ с описанием исследования планируется разместить в Интернете в раннем выпуске (EE) журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Наша исследовательская группа уже давно обнаруживает доказательства того, что большинство основных сигнальных систем в наших нейронах являются древними, но мы никогда не знали, когда они впервые появились», — сказал Джегла. «Мы всегда предполагали, что сможем проследить большинство этих сигнальных систем до самых ранних нервных систем, но в этой статье мы показываем, что это не так. Похоже, что большинство этих сигнальных систем впервые появляются у общего предка, которого люди разделяют с медузами и морскими анемонами."
Электрические импульсы в нервных клетках генерируются заряженными молекулами, известными как ионы, которые входят и выходят из клетки через узкоспециализированные белки ионных каналов, которые образуют отверстия в клеточной мембране.
Новое исследование сосредоточено на функциональной эволюции генов, которые кодируют белки для калиевых каналов — ионных каналов, которые позволяют калию вытекать из нервных клеток, останавливая электрические импульсы клетки. «Каналы имеют решающее значение для определения того, как нервная клетка передает электрические сигналы», — сказал Джегла. "Похоже, что такие животные, как морские анемоны и медузы, используют одни и те же каналы, которые формируют электрические сигналы в нашем мозгу, по сути, таким же образом."
«Люди и морские анемоны эволюционно разошлись, говоря примерно 600 миллионов лет назад, — сказал Джегла, — поэтому мы знаем, что механизмы, которые мы используем для генерации импульсов в наших нейронах, должны быть по крайней мере такими же старыми."Затем команда попыталась проследить эти каналы еще дальше в эволюционном времени — до самых истоков нервной системы. «Одним из захватывающих недавних открытий в эволюционной биологии является то, что нервная система может быть намного старше, чем у предков морских анемонов и людей», — сказал Джегла. Недавние последовательности генома гребешков, у которых также есть нервная система, показывают, что они являются более древней группой животных, чем морские анемоны, и могут даже быть самым старым типом животных, которые все еще живут сегодня. «Когда мы посмотрели на гребешки, мы обнаружили, что калиевые каналы выглядят совсем по-другому — большинство типов каналов, обнаруженных у людей, отсутствовало», — сказал Джегла. "Мы смогли отследить только один вид калиевых каналов человека, на который мы смотрели еще до гребешка, но почти все они мы находим у морских анемонов."
Подразумевается, что многие механизмы, которые мы используем для управления электрическими импульсами в наших нейронах, отсутствовали в самых ранних нервных системах. Команда обнаружила много разных калиевых каналов в гребенчатом желе, но, похоже, они развились независимо после того, как линия гребневого желе отделилась от линии наших предков. «Мы не знаем, насколько сложна электрическая передача сигналов у живых гребневиков, но, вероятно, у нашего общего предка она не была такой сложной», — сказал Джегла. Теперь команда заинтересована в выяснении, что привело к всплеску инноваций в ионных каналах у нашего общего предка с морскими анемонами.
«Мы еще не понимаем, почему наши ионные каналы эволюционировали в то время, но изменения в способности нервных клеток генерировать электрические сигналы, должно быть, были революционными», — сказал Джегла. "Наша текущая любимая гипотеза состоит в том, что нейроны, способные передавать сигналы направления, могли развиться в это время."В нервной системе человека большинство нервных клеток имеют полярную структуру с отдельными областями для входов и выходов. Это позволяет направленный поток информации и очень сложные цепи нервных клеток, но требует огромного разнообразия ионных каналов для формирования электрических сигналов, когда они проходят через полярные нервные клетки. «Если наша гипотеза окажется верной, мы сможем получить некоторые важные сведения о том, как нервные клетки и цепи эволюционировали, изучая морских анемонов», — сказал Джегла. «Еще многое предстоит узнать о том, как мы строим полярные нейроны, и мы можем использовать эволюцию, чтобы указать на действительно важные механизмы, которые были сохранены на протяжении истории животных."