Как мягкий коралл синхронно двигает щупальцами без мозга

Совместное исследование Тель-Авивского университета и Хайфского университета раскрыло научную загадку: как мягкий коралл способен совершать ритмичные пульсирующие движения щупальцами без центральной нервной системы. Результаты исследования поразительны и могут изменить наше понимание движения в животном мире в целом и у изученных кораллов в частности.

Исследование провела аспирантка Тель-Авивского университета Элинор Надир под совместным руководством профессора Йегуды Бенаяху из Школы зоологии Тель-Авивского университета и профессора Тамар Лотан с кафедры морской биологии Школы морских наук Леона Х. Чарни Хайфского университета. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Как координируется движение коралла

Исследовательская группа обнаружила, что мягкий коралл Xenia umbellata — один из самых эффектных кораллов рифов Красного моря — управляет ритмичными движениями своих восьми щупалец-полипов через децентрализованную систему нейронного водителя ритма (пейсмейкера). Вместо центрального управляющего центра сеть нейронов, распределённая вдоль щупальца коралла, позволяет каждому из них двигаться независимо, сохраняя при этом точную коллективную синхронизацию.

«Это немного похоже на оркестр без дирижёра, — объясняет профессор Тамар Лотан. — Каждое щупальце действует независимо, но они каким-то образом способны "слышать" друг друга и двигаться в идеальной гармонии. Это совершенно иная модель по сравнению с тем, как мы понимаем ритмичное движение у других животных».

Эксперименты и генетические открытия

Кораллы семейства Xeniidae известны своими гипнотическими движениями — циклическим открытием и закрытием щупалец. Однако до сих пор было неясно, как они это делают. Для исследования учёные проводили операции по разрезанию щупалец коралла и наблюдали, как они регенерируют и восстанавливают ритмичное движение. К их удивлению, даже когда щупальца были отрезаны и отделены от коралла — и даже при дальнейшем разделении на более мелкие фрагменты — каждый кусочек сохранял способность пульсировать независимо.

Затем исследователи провели расширенный генетический анализ и изучили экспрессию генов на разных стадиях регенерации щупалец после отделения от коралла. Они обнаружили, что коралл использует те же гены и белки, которые участвуют в передаче нервных сигналов у гораздо более сложных животных, включая ацетилхолиновые рецепторы и ионные каналы, регулирующие ритмическую активность.

Значение для эволюционной биологии

По мнению исследователей, это открытие предполагает, что происхождение ритмических движений — знакомых нам по дыханию, сердцебиению или ходьбе — гораздо древнее, чем считалось ранее. Изученные кораллы демонстрируют, как скоординированное движение может возникать из простой распределённой системы, задолго до появления сложных управляющих центров в мозге продвинутых животных.

Профессор Бенаяху добавляет: «Поразительно прийти к выводу, что те же молекулярные компоненты, которые активируют водитель ритма человеческого сердца, работают и у коралла, появившегося в океанах сотни миллионов лет назад. Изученный нами коралл позволяет заглянуть в прошлое, к истокам эволюции нервной системы в животном мире. Он показывает, что ритмичное и гармоничное движение может генерироваться даже без мозга — благодаря удивительной коммуникации между нервными клетками, действующими вместе как умная сеть.

Нет сомнений, что это исследование добавляет важный слой к нашему пониманию чудес животного мира коралловых рифов в целом и кораллов в частности, и подчёркивает первостепенную необходимость сохранения этих необыкновенных природных экосистем».