Согласно новому исследованию передвижения Северо-Западного университета, у нас может быть больше общего с миногой, чем мы думаем. По сути, изучение прозрачных рыбок данио направлено на решение фундаментальной проблемы эволюции: как мы сюда попали??
Нейробиологи Марта В. Багналл и Дэвид Л. Маклин обнаружил, что цепи спинного мозга, которые вызывают сгибание тела у плавающих рыб, сложнее, чем считалось ранее.
Передвижение позвоночных эволюционировало от простого сгибания тела влево-вправо, примером которого являются миноги, до появления плавников у костистых рыб и движений людей со сложной координацией нервов и мышц, необходимой для движения четырех конечностей.
Багналл и Маклин сообщают, что дифференциальный контроль мускулатуры животного – основной шаблон для управления более сложными конечностями – уже присутствует в спинномозговой сети простых рыб. Нервные цепи у рыбок данио полностью разделены: отдельные нейроны соответствуют определенным мышцам.
В частности, нейронные цепи, которые управляют движением мышц на спинной (или задней) стороне, отделены от нейронных цепей, активирующих мышцы на вентральной (или передней) стороне. Это в дополнение к тому, что рыба может отдельно управлять левой и правой сторонами своего тела.
В конечном счете, понимание того, как плавают рыбы, позволит ученым выяснить, как ходят люди.
"Эволюция основывается на уже существующих шаблонах, и это критически важный фрагмент головоломки," Маклин сказал. "Наши данные помогают прояснить, как переход от воды к суше мог быть осуществлен путем простых изменений в соединениях спинномозговых сетей."
Результаты будут опубликованы в январе. 10 в журнале Science. Авторы статьи – Маклин, доцент кафедры нейробиологии Колледжа искусств и наук Вайнберга, и Багналл, научный сотрудник его исследовательской группы, сделавший это открытие.
"Эти знания позволят нам разработать более эффективные методы лечения, когда что-то идет не так с нервными цепями у людей, например, при повреждении спинного мозга," Маклин сказал. "Если вы хотите что-то исправить, вам в первую очередь нужно знать, как это работает. Учитывая, что спинной мозг рыб работает аналогично нашему, это делает его фантастической модельной системой для исследований."
Маклин и Багналл изучили двигательные нейроны детенышей рыбок данио, потому что они быстро развиваются и прозрачны. Они использовали современные методы визуализации для мониторинга и управления нейрональной активностью у рыб.
"Вы можете смотреть прямо в нервную систему," Маклин сказал. "Это весьма примечательно."
Отдельные контуры для перемещения левого и правого, а также верха и низа рыбы позволяют животному поворачивать свое тело вертикально, когда оно чувствует, что оно слишком далеко перекатилось в одну или другую сторону.
"Такое расположение идеально подходит для быстрого контроля позы во время плавания," Багналл сказал. "Важно отметить, что этот наследственный образец организации спинного мозга также может представлять собой ранний функциональный образец для происхождения контроля конечностей."
Раздельное управление спинными и вентральными мышцами в теле рыбы является возможным предшественником раздельного управления разгибателями и сгибателями конечностей человека. По словам исследователей, если настроить связи между этими цепями по мере их развития в процессе эволюции, легче объяснить, как более сложные паттерны моторной координации в конечностях и туловище могли возникнуть во время драматических эволюционных изменений в строении тела позвоночных.
"Разбираем базовые компоненты локомоторных цепей," Маклин сказал. "Молекулярные механизмы, ответственные за построение спинномозговых цепей, сохранены у всех животных, поэтому это исследование дает хорошую гипотезу, которую ученые могут проверить."