TOP 10ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ

Επιστήμονες παρακολούθησαν την εγκεφαλική δραστηριότητα μιας μέδουσας

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος έχει 100 δισεκατομμύρια νευρώνες που δημιουργούν 100 τρισεκατομμύρια συνδέσεις. Η κατανόηση των νευρικών κυκλωμάτων των εγκεφαλικών κυττάρων που ενορχηστρώνουν όλες τις καθημερινές μας συμπεριφορές -όπως η κίνηση των άκρων μας- αποτελεί ένα απίστευτα πολύπλοκο παζλ για τους νευροεπιστήμονες.

Ωστόσο, θεμελιώδη ερωτήματα σχετικά με τη νευροεπιστήμη της συμπεριφοράς μπορούν να απαντηθούν χάρη σε έναν πολύ απλούστερο οργανισμό: τις μικροσκοπικές μέδουσες. Οι μέδουσες, αν και δεν έχουν εγκέφαλο, μπορούν να κάνουν πολύπλοκα πράγματα με το απλοϊκό νευρικό τους σύστημα.

Για να μελετήσει την εσωτερική λειτουργία των μεδουσών, μια ομάδα επιστημόνων στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας (Caltech), τροποποίησε γενετικά τα μικροσκοπικά πλάσματα ώστε οι νευρώνες τους να λάμπουν μεμονωμένα με φθορίζον φως όταν ενεργοποιούνται. Επειδή η μέδουσα είναι διαφανής, η ομάδα μπόρεσε να παρακολουθήσει τη νευρική δραστηριότητα του μαλακίου.

Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα μοντέλο χρησιμοποιώντας το είδος Clytia hemisphaerica, μια διάφανη μέδουσα με ένα στόμα που μοιάζει με σωλήνα. Η μικροσκοπική μέδουσα έχει διάμετρο μόλις 1 εκατοστό, πράγμα που σημαίνει ότι η ομάδα μπορούσε να την τοποθετήσει ολόκληρη κάτω από το μικροσκόπιο και να μελετήσει το νευρικό της σύστημα. Σε αντίθεση με τον ανθρώπινο εγκέφαλο, τα κύτταρα του νευρικού συστήματος της μέδουσας είναι διάχυτα σε όλο το σώμα της.

Πώς μπορούν αυτές οι μικροσκοπικές μέδουσες να εκτελούν συντονισμένες συμπεριφορές χωρίς να έχουν τον κεντρικό έλεγχο των κινήσεών τους; Για παράδειγμα, πώς αρπάζουν τις γαρίδες από το νερό και στη συνέχεια διπλώνουν το σώμα τους για να τραβήξουν τη λεία προς το σωληνοειδές στόμα τους;

Για να απαντήσει σε αυτό το ερώτημα, η ομάδα ανέπτυξε μέδουσες C. hemisphaerica με μια γενετική τροποποίηση που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη GCaMP, η οποία πρασινίζει όταν έρχεται σε επαφή με ασβέστιο. Οι ερευνητές εισήγαν την πρωτεΐνη σε μια θέση στο γονιδίωμα της μέδουσας, έτσι ώστε να ανάβει μόνο σε ενεργούς νευρώνες, δήλωσε ο κύριος συγγραφέας Brandon Weissbourd, μεταδιδακτορικός ερευνητής στη βιολογία και τη βιολογική μηχανική στο Caltech.

«Όταν οι νευρώνες είναι ενεργοί, η ποσότητα ασβεστίου στο εσωτερικό τους αυξάνεται, οπότε η GCaMP γίνεται πιο φθορίζουσα. Αυτό σημαίνει ότι η νευρική δραστηριότητα μοιάζει σα να αναβοσβήνει», δήλωσε ο Weissbourd στο Live Science.

Ωστόσο οι μέδουσες είναι φυσικά φωσφορίζουσες. Έτσι, για να δει πιο καθαρά το αποτέλεσμα, η ομάδα χρησιμοποίησε το CRISPR για να αφαιρέσει ένα συγκεκριμένο γονίδιο που παράγει μια διαφορετική φθορίζουσα πρωτεΐνη και η οποία επισκιάζε την GCaMP.

Στη συνέχεια, η ομάδα διεξήγαγε μια σειρά από πειράματα για να δει ποιοι νευρώνες ανάβουν κατά τη διάρκεια των τυπικών συμπεριφορών διατροφής τους. Διαπίστωσε ότι όταν οι μέδουσες άρπαζαν μια γαρίδα ή έρχονταν σε επαφή με ένα «εκχύλισμα γαρίδας», μια ομάδα νευρώνων που βρισκόταν κοντά στη γαρίδα, άναβε ξαφνικά.

Αυτή η ενεργοποίηση δεν διαπέρασε ολόκληρη τη μέδουσα, όπως μια πέτρα που πέφτει σε μια λακκούβα και δημιουργεί κυματισμούς σε ολόκληρη την επιφάνειά της. Αντίθετα, μόνο οι νευρώνες μέσα σε μια σαφώς καθορισμένη, σφηνοειδή περιοχή της «καμπάνας» φωτίστηκαν. Αυτή η σφήνα ενεργών νευρώνων έμοιαζε με ένα κομμάτι πίτσα που βρισκόταν μέσα σε μια κυκλική πίτα, σύμφωνα με τους επιστήμονες. Οι νευρώνες που βρίσκονταν πιο κοντά στη γαρίδα άναβαν πρώτοι και στη συνέχεια μια σειρά από στροβοσκοπικά φώτα φώτιζς το υπόλοιπο κομμάτι.

Η ομάδα δεν περίμενε να παρατηρήσει αυτό το επίπεδο οργάνωσης μέσα στο φαινομενικά αδόμητο νευρικό δίκτυο, δήλωσε ο Weissbourd. «Η διαπίστωση μιας εγγενούς δομής εντός του δικτύου μας εξέπληξε», είπε.

Η ομάδα σχεδιάζει να διερευνήσει πώς ασκούν έλεγχο σε όλες τις συμπεριφορές τους οι μέδουσες και να μελετήσει και άλλα είδη τα οποία εμφανίζουν διαφορετικές συμπεριφορές από την C. hemisphaerica.

Αυτές οι μελέτες θα μπορούσαν επίσης να ρίξουν φως στις βασικές αρχές που διέπουν όλα τα νευρικά συστήματα, από τα πιο απλοϊκά έως τα πιο πολύπλοκα. «Η ιδέα είναι να αναπτυχθούν πειραματικές και θεωρητικές προσεγγίσεις για την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των απλούστερων νευρικών συστημάτων, ως ένα βήμα προς την κατανόηση του ανθρώπινου εγκεφάλου, ο οποίος είναι πιο πολύπλοκος», δήλωσε ο Weissbourd στο Live Science.

Πηγή: CELL MAGAZINE / LIVE SCIENCE

ΣΑΣ ΑΡΕΣΕ;

ΤΕΛΕΙΟ
3
ΝΑΙ
2
ΜΕΤΡΙΟ
0
ΟΧΙ
0

Comments are closed.

More in:TOP 10

0 %