Setki milionów lat przed ewolucją zwierząt o segmentowanych ciałach, połączonych szkieletach lub przydatkach, morzami rządziły bezkręgowce o miękkich ciałach, takie jak ślimaki morskie. Nowe badanie znajduje podobieństwa między architekturą mózgu, która napędza ruch ślimaków morskich, a architekturą bardziej złożonych segmentowanych stworzeń z połączonymi szkieletami i przydatkami.
Badanie, którego wyniki opublikowano w Journal of Neuroscience, sugeruje, że zamiast opracować całkowicie nowy zestaw obwodów neuronowych do zarządzania ruchem segmentowanych części ciała, owady, skorupiaki, a nawet kręgowce, takie jak ssaki, przystosowały sieć neuronów, moduł, który sterowana lokomocja i postawa u znacznie prostszych organizmów.
„Ślimaki morskie mogą nadal mieć ten moduł, niewielką sieć neuronów zwaną„ klastrem A ”, z 23 neuronami zidentyfikowanymi do tej pory” – powiedział profesor fizjologii molekularnej i integracyjnej z University of Illinois Urbana-Champaign, Rhanor Gillette, który kierował nowymi badaniami .
„Pytanie, na które odpowiedzieliśmy w tym badaniu, dotyczy tego, czy podobieństwa, które widzimy między ślimakami morskimi a bardziej złożonymi stworzeniami, ewoluowały niezależnie, czy też te z segmentowanymi częściami ciała i przydatkami mogły odziedziczyć leżące u ich podstaw obwody nerwowe od dwustronnego wspólnego przodka o miękkim ciele” powiedział.
Aby odpowiedzieć na to pytanie, Gillette i jego współpracownicy, byli absolwenci Colin Lee i Jeffrey Brown, nagrali na wideo ruchy ślimaków morskich i połączyli te dane z zarejestrowanymi reakcjami na stymulację nerwów i określonych neuronów w mózgu ślimaka morskiego.
„Badany przez nas drapieżny ślimak morski, Pleurobranchea californica, używa rzęsek na stopie do pełzania, wiosłując przez wydzielany śluz” – powiedział Gillette. „Aby obrócić się w kierunku bodźca lub od niego, po prostu skraca jedną stronę ciała i ucieka przed innymi drapieżnikami szaleńczym, kołyszącym pływaniem – wszystko napędzane przez gromadę A”.
Wcześniejsze badania przeprowadzone w laboratorium Gillette’a wykazały, że Pleurobranchaea dokonuje kalkulacji kosztów i korzyści za każdym razem, gdy napotyka inne stworzenie na wolności. Jeśli jest bardzo głodny, neurony, które kontrolują jego atak i zachowania żywieniowe, są w stanie podwyższonego pobudzenia i będzie polować na prawie wszystko, co pachnie jak jedzenie. W innych okolicznościach nie zrobi nic, a nawet aktywnie uniknie bodźca.
„To dobry pomysł, jeśli nie potrzebuje pożywienia i może uniknąć innych przyciąganych przez niego kanibalistycznych boczniaków” – powiedział Gillete. „Wszystkie te zachowania obejmują koordynację klastra A z wyborami działań”.
U ssaków specjalny moduł tyłomózgowia, zwany układem siatkowatym, tłumaczy określone instrukcje dotyczące wyborów działań z wyższych obszarów mózgu dotyczących postawy i poruszania się, powiedział Gillette. Region ten wysyła następnie polecenia motoryczne do rdzenia kręgowego w celu ostatecznego przesłania ich do mięśni.
„W szczególności układ siatkowaty opiera się na krytycznych neuronach produkujących serotoninę, które kontrolują ruchy ciała w postawie i poruszaniu się” – powiedział. „W nowym badaniu odkryliśmy, że podobne neurony produkujące serotoninę w grupie A ślimaków morskich napędzają takie zachowania, jak pościg, unikanie i ucieczka.
„W swojej względnej prostocie ślimaki morskie pod wieloma względami przypominają oczekiwanego prostszego przodka dzisiejszych złożonych zwierząt” – powiedział Gillette. „Wszystkie główne moduły obwodów wyboru działania, przekładające ten wybór na polecenia motoryczne i generowanie wzorców motorycznych występujące w układach nerwowych złożonych zwierząt, można również zidentyfikować w prostszych ślimakach morskich o miękkich ciałach”.
Badanie dostarcza pierwszych dowodów na to, że obwody kierujące ruchem u zwierząt o złożonych ciałach i zachowaniach „mają bliskie funkcjonalne analogie w prostszych ślimakach i mogą dzielić wspólne dziedzictwo” – powiedział Gillette.