Мозг мог эволюционировать для регуляции пищеварения в ответ на свет, а не на пищу
Многие формы жизни используют свет как важный биологический сигнал, включая животных со зрительными и незрительными системами. Исследователи из Японии обнаружили, что нейроны могли изначально эволюционировать для регуляции пищеварения в зависимости от информации о свете.
В исследовании, опубликованном в BMC Biology, учёные из Университета Цукубы показали, что морские ежи используют свет для регуляции открытия и закрытия пилорического отдела — важного компонента пищеварительного тракта.
Светозависимые системы часто полагаются на активность белков семейства Opsin, которые встречаются по всему животному миру, в том числе у организмов со зрительными и незрительными системами. Понимание функции Opsins у животных из разных таксономических групп может дать важные подсказки о том, как эволюционировали зрительные/незрительные системы у разных существ для использования света как внешнего сигнала. Функция Opsins у группы Ambulacraria, к которой относятся морские ежи, ранее не была охарактеризована, что и стало целью исследования.
«Функции глаз и зрительных систем хорошо изучены. Однако то, как светозависимые системы были приобретены и диверсифицированы в ходе эволюции, остаётся неясным, особенно у вторичноротых из-за отсутствия данных о сигнальных путях в группе Ambulacraria», — говорит старший автор исследования профессор Шунсуке Ягутчи.
Исследователи проверили, вызывает ли воздействие света изменения в активности пищеварительного тракта морских ежей. Затем они провели микрохирургические эксперименты и эксперименты с генетическим нокдауном, чтобы проверить, опосредуют ли клетки Opsin в пищеварительной системе морского ежа эффект света.
«Результаты дали новую информацию о роли Opsins у морских ежей. В частности, мы обнаружили, что стимуляция личинок морского ежа светом вызывала изменения в функции пищеварительной системы даже при отсутствии пищевых стимулов», — объясняет профессор Ягутчи.
Кроме того, исследователи идентифицировали серотонинергические нейроны мозга рядом с клетками, экспрессирующими Opsin, которые были необходимы для опосредования светостимулированного высвобождения оксида азота, действующего как нейромедиатор.
«Наши результаты имеют важное значение для понимания процесса эволюции, в частности, эволюции светозависимых систем, контролируемых с помощью нейромедиаторов», — говорит профессор Ягутчи.
Данные указывают на то, что ранней функцией нейронов мозга могла быть регуляция пищеварительного тракта у наших эволюционных предков. Поскольку потребление пищи и усвоение питательных веществ критически важны для выживания, развитие сложной системы регуляции «мозг–кишечник» могло стать важным шагом в эволюции животных.