Студенческий тур «Научной России»: зачем трихоплаксы исполняют танец живота

Редакция НОС побывала в студенческом туре «Научной России» в Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН. Дарья Романова, кандидат биологических наук, руководитель проекта РНФ «Геномные и клеточные основы поведения у безнервных животных» познакомила нас с аспирантами лаборатории клеточной нейробиологии обучения и удивительными существами, обитающих в чашках петри — трихоплаксами.

Этих пластинчатых морских обитателей называют «пионерами многоклеточной жизни» и вот почему: трихоплаксы не имеют нервную системы, мышц и синапсов, при этом они демонстрируют сложные поведенческие реакции как у сложноорганизованных животных.

Трихоплакс — аутсайдер или лидер в животном мире?

На первый взгляд трихоплакс (или пластинчатые) кажется полным аутсайдером животного мира. У него нет ни нервной системы, ни мышц, ни органов. Его тело состоит всего из трёх слоев и примерно десяти типов клеток. Казалось бы, эволюционный тупик. Однако именно это делает его лидером в понимании фундаментальных вопросов биологии.

Трихоплакс — живое ископаемое, существующее как минимум полмиллиарда лет. Учёные спорят, потерял ли он нервную систему или она у него так и не появилась. Научное сообщество, к которому принадлежит и Дарья Романова, склоняется ко второму: физиология трихоплакса настолько сбалансирована, что сложная нервная система ему просто не понадобилась. Все необходимые реакции и даже сложное поведение регулируются с помощью паракринной секреции (когда клетки выделяют сигнальные молекулы в окружающее пространство) и волокнистых клеток, которые считаются эволюционными предшественниками нейронов.

Это животное — живой ключ к разгадке того, как появился нейрон и как зарождались основы сложного поведения и мозга.

Пластинчатое ест и не толстеет, и как в этом ему помогает танец живота?

Трихоплакс — это «вечный двигатель», который постоянно движется в поисках пищи. Все его жизненные циклы завязаны на пищевом поведении. У него нет рта или желудка, поэтому он практикует внешнее пищеварение.

Процесс питания — это целый ритуал. Когда животное находит питательный субстрат (например, скопление водорослей), оно плотно к нему прикрепляется. Затем начинается тот самый «танец живота»: трихоплакс совершает характерные покачивающие и болтающие движения телом. В это время он выплескивает под себя пищеварительные ферменты (трипсин, химотрепсин), которые перемешиваются с пищей. Получившаяся «питательная каша» затем всасывается всей нижней поверхностью тела.

Весь этот пищевой акт длится меньше минуты. После этого животное открепляется и отправляется на поиски новой кормовой базы. Так что его «танец живота» — это не увеселительный ритуал, а жизненно важный механизм эффективного питания без лишних затрат энергии.

Как маленькие трихоплаксы сепарируются от «заботливых» родителей?

Основной способ размножения трихоплаксов — вегетативное деление, когда материнская особь просто делится пополам. Однако существует и другой, загадочный процесс, напоминающий почкование.

Учёные наблюдают появление так называемых «бродяжек» — крошечных особей, которые словно отпочковываются от взрослого трихоплакса. Какое-то время эта мини-версия плавает под телом «родителя», двигаясь вместе с ним. Это выглядит как своеобразное «обучение» и защита потомства, что невероятно для существа без нервной системы.

Затем происходит «сепарация»: маленький трихоплакс отделяется и начинает самостоятельную жизнь, ничем не отличаясь от своих сородичей. Интересно, что каннибализм у этих животных не зафиксирован. Даже находясь под родителем во время его питания, «бродяжка» не повреждается его пищеварительными ферментами. Этот редкий и малоизученный процесс является одной из главных загадок биологии трихоплакса.

Мусор надо вынести: как животные борются с бактериальными клетками?

Не имея специализированной иммунной системы, трихоплакс выработал гениальную и эффективную стратегию борьбы с внутренними инфекциями. В его теле живут симбиотические бактерии, но иногда, при стрессе или ухудшении условий, их размножение выходит из-под контроля.

В этом случае у трихоплакса запускается уникальный иммунный процесс. Верхний слой его тела, выполняющий защитную функцию, начинает буквально «надуваться». Он инкапсулирует в себя клетки, зараженные бактериями, и формирует из них сферу. Затем животное просто выбрасывает эту сферу, избавляясь от «мусора».

Исследования показали, что внутри этих сфер бактерии остаются живыми и активными. Таким образом, трихоплакс не уничтожает угрозу, а физически выносит ее за пределы своего тела, чтобы продолжить жизнедеятельность в чистой среде. Эта умная и практичная реакция позволяет ему выживать, не имея сложных механизмов иммунитета.