Jak chobotnice a chobotnice získávají svůj velký mozek

Souhrn: Nervové kmenové buňky hlavonožců fungují při vývoji nervového systému podobně jako u obratlovců.

zdroj: Harvard

Hlavonožci – mezi které patří chobotnice, sépie a jejich sépie bratranci – jsou schopni skutečně atraktivního chování. Dokážou rychle zpracovat informace, transformovat tvar, barvu a dokonce i texturu a sloučit je s okolím. Mohou také komunikovat, projevovat známky prostorového učení a používat nástroje k řešení problémů. Jsou velmi chytří a mohou se i nudit.

Není žádným tajemstvím, co to umožňuje: hlavonožci mají nejsložitější mozek ze všech bezobratlých na planetě. Co však zůstává záhadou, je proces. Vědci se v podstatě dlouho zajímali, jak vůbec hlavonožci získávají svůj velký mozek?

Harvardská laboratoř, která studuje vizuální systém těchto tvorů s měkkým tělem – kde jsou soustředěny dvě třetiny centrální zpracovatelské tkáně – si myslí, že jsou blízko k jeho objevení. Říkají, že proces zní překvapivě povědomě.

Výzkumníci z FAS Center for Systems Biology popisují, jak použili novou technologii živého zobrazování ke sledování neuronů vytvářených v embryu v téměř reálném čase. Poté byli schopni vysledovat tyto buňky prostřednictvím vývoje nervového systému v sítnici. To, co viděli, je překvapilo.

Nervové kmenové buňky, které sledovali, se chovaly děsivě s tím, jak se tyto buňky chovají u obratlovců, jak se jejich nervový systém vyvíjel.

Předpokládá se, že obratlovci a hlavonožci, ačkoli se od sebe před 500 miliony let liší, nejenže používají podobné mechanismy k vytvoření svých velkých mozků, ale tento proces a způsob, jakým buňky fungují, dělí se a tvoří, mohou zásadně vykreslit plán potřebný k vývoji tohoto typu. nervového systému.

„Naše závěry byly překvapivé, protože mnoho z toho, co víme o vývoji nervového systému u obratlovců, bylo dlouho považováno za typické pro tuto linii,“ řekla Christine Koenigová, vedoucí pracovník Harvardské univerzity a hlavní autorka studie.

„Když si všiml skutečnosti, že proces je velmi podobný, naznačil nám, že tyto dva systémy nezávisle vyvinuly dva velmi velké nervové systémy, které používají stejné mechanismy ve své konstrukci. To naznačuje, že tyto mechanismy – tyto nástroje – který zvířata používají během evoluce, může být důležitý pro budování velkých nervových systémů.“

Vědci z Koenig Laboratory se zaměřili na sítnici sépie jmen Doryteuthis pealeii, jednodušeji známý jako druh chobotnice dlouhoploutvé. Chobotnice dorůstají délky téměř jedné stopy a jsou hojné v severozápadním Atlantiku. Jako plody vypadají naprosto nádherně s velkou hlavou a velkýma očima.

Vědci použili techniky podobné těm, které se rozšířily ke studiu modelových organismů, jako jsou ovocné mušky a zebrafish. Vytvořili speciální nástroje a použili pokročilé mikroskopy, které dokázaly pořizovat snímky s vysokým rozlišením každých deset minut po celé hodiny, aby viděli, jak se jednotlivé buňky chovají. Vědci použili fluorescenční barviva k označení buněk, aby je mohli mapovat a sledovat.

Tato technologie živého zobrazování umožnila týmu sledovat kmenové buňky zvané neurální progenitorové buňky a jak jsou organizovány. Buňky tvoří zvláštní typ struktury nazývané pseudo-stratifikovaný epitel. Hlavní výhodou je, že buňky jsou podlouhlé, takže je lze hustě sbalit.

Vědci také viděli, že jádra těchto struktur se před a po mitóze pohybovala nahoru a dolů. Tento pohyb je důležitý pro udržení organizovanosti tkání a pro pokračující růst, řekli.

Tento typ struktury je univerzální v tom, jak druhy obratlovců vyvíjejí mozek a oči. Historicky to bylo považováno za jeden z důvodů, proč nervový systém obratlovců roste tak velký a složitý. Vědci pozorovali příklady tohoto typu neuroepitelu u jiných zvířat, ale tkáň olihně, kterou v tomto případě zkoumali, byla svou velikostí, organizací a způsobem pohybu jádra neobvykle podobná tkáni obratlovců.

Výzkum vedla Francesca R. Naples a Christina M. Daly, výzkumní asistenti v Koenigově laboratoři.

Dále se laboratoř plánuje podívat na to, jak se různé typy buněk objevují v mozcích hlavonožců. Koenig chce zjistit, zda se projevuje v různých časech, jak se rozhodnou stát se jedním typem neuronu oproti jinému a zda je tato akce podobná napříč druhy.

Konig je nadšený potenciálními objevy, které před námi leží.

„Jedním z nejdůležitějších bodů tohoto druhu práce je, jak důležité je studovat rozmanitost života,“ řekl Koenig. „Studiem této rozmanitosti se můžete skutečně vrátit i k základním myšlenkám o našem vývoji a našich biomedicínských otázkách. O těchto otázkách můžete skutečně mluvit.“

O těchto zprávách z výzkumu neurověd

autor: Juan Celesar
zdroj: Harvard
Kontakt: Juan Célezar – Harvard
obrázek: Obrázek je ve veřejné doméně

původní hledání: Přístup uzavřen.
„Evoluce sítnice hlavonožců ukazuje mechanismy neurogeneze podobné obratlovcůmNapsal Kristen Koenig a kol. současná biologie

viz také

souhrn

Evoluce sítnice hlavonožců ukazuje mechanismy neurogeneze podobné obratlovcům

Zvýraznění

• Progenitorové buňky sítnice olihně podléhají interkinetické jaderné migraci
• Identifikují se progenitorové, postmitotické a transkripčně diferencované buňky
• Notch signalizace může regulovat jak buněčný cyklus sítnice, tak buněčný osud v chobotnici

souhrn

Koloidní hlavonožci, včetně sépie, sépie a chobotnice, mají velký, složitý nervový systém a velmi ostré oči typu kamery. Tyto rysy jsou srovnatelné pouze s rysy, které se vyvinuly nezávisle v linii obratlovců.

Velikost nervového systému zvířete a rozmanitost jeho jednotlivých typů buněk jsou výsledkem přísné regulace buněčné proliferace a diferenciace ve vývoji.

Změny v procesu vývoje během vývoje, které vedou k rozmanitosti typů neuronů a změněné velikosti nervového systému, nejsou dobře pochopeny.

Zde jsme zavedli techniky živého zobrazování a provedli funkční výslech, abychom ukázali tu chobotnici Doryteuthis pealeii Využívá mechanismy při tvorbě retinálních neuronů, které jsou charakteristické pro procesy obratlovců.

Zjistili jsme, že progenitorové buňky sítnice olihně podléhají jaderné migraci, dokud neopustí buněčný cyklus. Určujeme odpovídající retinální organizaci progenitorových, postmitotických a diferencovaných buněk.

Nakonec jsme zjistili, že signalizace Notch může regulovat buněčný cyklus sítnice a buněčný osud. Vzhledem ke konvergentní evoluci propracovaných vizuálních systémů u hlavonožců a obratlovců tato zjištění odhalují společné mechanismy, které jsou základem růstu vysoce proliferativních neuronových primitiv.

Tato práce zdůrazňuje mechanismy, které mohou změnit míru genetické variability a přispět k vývoji složitosti a růstu v nervových systémech zvířat.