Как мягкий коралл синхронизирует движения щупалец без мозга

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

Мягкий коралл Xenia umbellate. Автор: Тель-Авивский университет

Исследование возглавила аспирантка Тель-Авивского университета Элинор Надир под совместным руководством профессора Йехуды Бенаяху из Школы зоологии Тель-Авивского университета и профессора Тамар Лотан с кафедры морской биологии Школы морских наук Леона Х. Чарни в Хайфском университете. Результаты были 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 с помощью децентрализованной системы нейронных водителей ритма. Вместо того чтобы полагаться на центральный управляющий центр, сеть нейронов, распределённая вдоль щупальца коралла, позволяет каждому из них выполнять движение независимо, при этом достигая точной коллективной синхронизации.

«Это немного похоже на оркестр без дирижёра, — объясняет профессор Тамар Лотан из Школы морских наук Хайфского университета. — Каждое щупальце действует независимо, но они каким-то образом способны «слышать» друг друга и двигаться в идеальной гармонии, которая так завораживает наблюдателей. Это совершенно иная модель по сравнению с тем, как мы понимаем ритмическое 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. Чтобы выяснить это, исследователи провели эксперименты по разрезанию щупалец коралла и изучили, как они регенерируют и восстанавливают своё ритмическое движение. К их удивлению, даже когда щупальца были отрезаны и отделены от коралла — и даже когда их делили на более мелкие фрагменты — каждый кусочек сохранял способность пульсировать независимо.

Впоследствии исследователи провели расширенные генетические анализы 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 рецепторы ацетилхолина 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 более древнее, чем считалось ранее. Изученные кораллы демонстрируют, как скоординированное движение может возникать из простой распределённой системы, задолго до того, как в мозге высокоразвитых животных эволюционировали сложные управляющие центры.

«Увлекательно 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, — добавляет профессор Бенаяху. — Изученный нами коралл позволяет нам заглянуть в прошлое, к истокам эволюции нервной системы в животном царстве. 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».

Источник: Tel-Aviv University