Эволюция нейронных цепей для локомоции предшествовала появлению конечностей и скелетов

Новое исследование обнаружило параллели в архитектуре мозга, управляющей движением у морских слизней (брюхоногих моллюсков) и более сложных сегментированных животных с членистым скелетом и конечностями.

Исследование, опубликованное в Journal of Neuroscience, предполагает, что насекомые, ракообразные и даже позвоночные, включая млекопитающих, адаптировали для управления движением сегментированных частей тела не полностью новый набор нейронных цепей, а сеть нейронов (модуль), который направлял локомоцию и позу у гораздо более простых организмов.

• Ключевой модуль: У морских слизней этот модуль представляет собой небольшую сеть из примерно 23 нейронов, называемую «A-кластер».
• Цель исследования: Определить, являются ли сходства между слизнями и сложными животными результатом независимой эволюции или унаследованы от общего мягкотелого, билатерально-симметричного предка.

Методы и результаты

Учёные под руководством профессора Рэнора Жиллета из Иллинойсского университета исследовали хищного морского слизня Pleurobranchea californica:

• Анализировали видеозаписи его движений.
• Сочетали эти данные с записью реакций на стимуляцию нервов и конкретных нейронов в мозге слизня.

Было установлено, что все формы движения слизня — ползание с помощью ресничек, поворот тела и «паническое» плавание — управляются A-кластером.

Связь с поведением и сложными животными

• Принятие решений: Ранее лаборатория Жиллета показала, что Pleurobranchaea проводит анализ «затраты-выгода» при встрече с другими организмами (атаковать, игнорировать или избегать), и A-кластер координирует эти выборы действий.
• Эволюционная параллель: У млекопитающих аналогичную функцию трансляции команд на движение от высших отделов мозга к спинному мозгу выполняет модуль ретикулярной формации в заднем мозге.
• Ключевое сходство: Как и ретикулярная система, A-кластер у морских слизней использует серотонин-продуцирующие нейроны для контроля движений тела.

Вывод

Исследование впервые показывает, что нейронные цепи, управляющие локомоцией у сложных животных, имеют близкие функциональные аналогии у более простых моллюсков и, вероятно, могут иметь общее эволюционное происхождение от простого мягкотелого предка. Все основные модули нервной системы сложных животных для выбора действия, трансляции этого выбора в моторные команды и генерации двигательных паттернов идентифицируемы и у морских слизней.