Давнє походження клітин мозку виявлено у істот 800-мільйонної давнини

Будівельні блоки клітин нашого мозку, можливо, почали формуватися ще тоді, коли наші предки були згустками тваринних клітин, що просочувалися крізь океанське мілководдя.

Дослідники з Іспанії та Німеччини виявили особливості спеціалізованих секреторних клітин у простих тварин, які називаються плакозоїдами, що дозволило ідентифікувати їх як прелюдію до нейронів в інших організмах.

Приблизно розміром з піщинку, ці найпростіші істоти не мають органів і складаються лише з колонії різних типів клітин. Так само, як і сьогодні, 800 мільйонів років тому плакозої полювали на мікробів і переглядали водорості на теплих мілководдях морів.

Щоб досягти цього, вони покладаються на клітини, які допомагають координувати їхні тіла.

Клітинний біолог Центру геномної регуляції Себастьян Найле та його колеги виявили, що ці так звані пептидергічні клітини мають багато спільних рис з клітинами, яким ми завдячуємо нашим розумовим здібностям.

“Ми були вражені паралелями, – вигукує Найлє.

“Пептидергічні клітини плакозоїдів мають багато спільного з примітивними нейронними клітинами, навіть якщо вони ще не зовсім там. Це все одно, що дивитися на еволюційну сходинку”.

Особливості ранніх нейронів (ліворуч) у порівнянні з тими, що зустрічаються у пізніших видів (праворуч). (Najle et al., Cell, 2023)

Генетичний аналіз та мікроскопічні дослідження показали, що ці клітини координували поведінку крихітної тварини, вивільняючи пептидні сигнали так само, як це роблять нейрони.

Дослідники виявили 14 різних типів пептидних клітин у маленьких морських тварин. Порівнюючи тканини чотирьох відомих видів плакозоа, а також інших ранніх тварин, команда виявила, що ці клітини навіть мають деякі з тих самих генів, що й наші нейрони.

Але їм бракує інших спеціалізованих компонентів, які необхідні нашим нейронам для отримання пептидних сигналів або генерування електричних сигналів. Замість цього вони використовують білки-рецептори (GPCR) для отримання хімічних повідомлень, які є загальними для багатьох типів клітин тварин і не є специфічними для нейронів.

Ядро плакоза Trichoplax з яскраво забарвленими флуоресцентними маркерами, що виділяють різні молекули. (Najle et al., Cell, 2023)

Гени клітин, що виділяють пептиди, були висококонсервативними у всіх плакозоїдів, але відсутні у інших ранніх тварин, таких як губки та гребінчасті кишковопорожнинні (ктенофори).

Це свідчить про те, що клітини, які виділяють пептиди, могли виникнути раніше за інші нейроноподібні клітини.

“Ктенофори мають нейронні мережі, які мають ключові відмінності та схожість з нашими власними”, – пояснює Ксав’єр Грау-Бове.

“Чи нейрони еволюціонували один раз, а потім розійшлися, чи не один раз, паралельно? Чи є вони мозаїкою, де кожен шматочок має різне походження? Це відкриті питання, на які ще треба відповісти”.

Перший відомий сучасний нейрон виник близько 650 мільйонів років тому у спільного предка медуз і двостулкових тварин, які ведуть свій початок від нас.

“Клітини є фундаментальними одиницями життя, тому розуміння того, як вони виникають і змінюються з часом, є ключовим для пояснення еволюційної історії життя. Плакозої, ктенофори, губки та інші нетрадиційні модельні тварини зберігають секрети, які ми тільки починаємо розгадувати”, – підсумовує еволюційний біолог Арнау Себе-Педрос.

Це дослідження було опубліковане в журналі Cell..