Нейробиологи из Морской биологической лаборатории в Массачусетсе провели необычный эксперимент: взяли микрочервя Caenorhabditis elegans, который с помощью генетического редактирования получил фрагмент нервной системы от гидры, и изучили, как будет функционировать его «мозг» в дальнейшем. Это исследование было опубликовано в Nature Communications.
В экспериментальном исследовании, проведенном группой американских ученых, говорится, что такой обмен нервной системой мало чем отличался от обучения нейронной цепочки, например, в процессе изучения иностранного языка.
«В мозге любого животного существует множество разнообразных синаптических связей, — объясняет Джош Хок, нейробиолог из Морской биологической лаборатории в Массачусетсе. — Возможность выбирать, что именно “поместить” в другой организм, и изучать последствия поможет нам понять, как и почему мозг делает то, что он делает».
Подобно людям, нематода C. elegans имеет тесно связанную нервную систему, управляемую химическими посредниками, называемыми нейротрансмиттерами. Различные схемы используют свои собственные нейротрансмиттеры, которые выделяются в тонкие промежутки между нейронами, называемые синапсами.
По большей части именно в этих узких пустотах мозг выполняет большую часть своей работы. Синапсы — это «логические ворота» компьютерной схемы мозга, блокирующие одни сигналы, усиливающие другие, трансформирующие химические колебания во что-то глубокое. Нейробиологи могут многое понять о функциях нервной системы, экспериментируя с этой системой «светофора» с использованием различных лекарств, генетических настроек.
Хитрость заключалась в том, чтобы «исправить» нарушенную цепь у нематод с помощью частей, позаимствованных у другого организма, который работает на совершенно другом биохимическом «программном обеспечении». Гидры — не черви. Они более тесно связаны с морскими анемонами с крошечными щупальцами, управляемыми слабо связанными нейронами, образующими простую сетчатую структуру. Что еще более странно, клетки, составляющие эту нервную сеть, взаимодействуют друг с другом, выделяя пептиды, которые затем диффундируют по телу гидры, активируя соответствующие рецепторы на других клетках.
«В гидре есть сотни нейронных пептидов, каждый из которых может быть отдельным каналом связи», — говорит Хок.
Чтобы проверить свою концепцию, Хоук и его коллеги генетически изменили экземпляры C. elegans так, чтобы они потеряли способность ощущать сытость. Эти голодные черви проявляли пищевое поведение вне зависимости от того, сколько еды они съели, что давало исследователям четкую возможность наблюдать за своими «мутантами».
Из этой группы червей исследователи создали две новые линии: одну с геном нейропептида гидры, а другую с соответствующим геном рецептора. Потомство в обеих «семьях» объединило две половинки в единую нервную систему. Без работы своей обычной мозговой цепи «я сыт» им приходилось полагаться на нейропептиды гидры, чтобы сигнализировать об окончании времени приема пищи.
Успешный своп — это только первый шаг. Благодаря тому, что удалось понять, как действуют нейропептиды гидры, можно разделить нейроны, которые используются для передачи сигналов, и заставить их «общаться» на большом расстоянии.
Эта специфическая комбинация посыльного и рецептора, получившая название HySyn, могла бы стать лишь началом обширного набора инструментов для замены «передатчиков», которые исследователи могли бы использовать для расшифровки тонкостей нейронных схем.
Читайте также:
Археологи нашли скрытый район в древнем городе майя. Это оказалась особая цитадель
Посмотрите на фото обреченной галактики, которая падает в сердце звездного скопления
Астрономы случайно нашли две галактики на краю пространства и времени