Čak i najjednostavnija stvorenja izgledaju izuzetno složena kad pogledate ispod površine. Srećom, hidra olakšava taj dio.
Električni i računalni inženjer Jacob Robinson i vodeća autorica i bivša studentica Krishna Badhiwala sa Sveučilišne Brown School of Engineering iskorištavaju transparentnost životinje kako bi obavili teži dio posla, manipulirajući malim, izuzetno otpornim stvorenjima na gotovo sve načine kako bi naučili kako osjećaju dodir.
Njihova opsežna analiza hidre u časopisu otvorenog pristupa eLife, u suradnji s biologinjom Celinom Juliano i apsolventicom Abby Primack s Kalifornijskog sveučilišta u Davisu, mali je korak prema razumijevanju neuronskih mreža u svim živim bićima.
Hydra vulgaris, slatkovodni žarnjaci koji izgledaju kao minijaturni polipi meduza, šire se i skupljaju dok se kreću svojim okruženjem, ali ih se na to može i potaknuti bockanjem. Njihov laboratorij razvio je u posljednje desetljeće visoko specijaliziranu opremu za to, privremeno ograničavajući životinje u kanalu mikrofluidnog uređaja za hvatanje istovremenih slika i podataka koji detaljno opisuju njihove mišićne i živčane reakcije.
Tamo se hidre mogu fizički potisnuti kontroliranom količinom sile kako bi se natjerale da se stegnu. Za novu studiju, istraživači su genetski modificirali hidru kako bi izrazili zeleni fluorescentni protein kada su povezani neuroni aktivirani, a zatim su uklonili skupove tih neurona – pa čak i dijelove tijela – kako bi vidjeli kako mreže reagiraju na ubadanje životinja.
Cilj im je bio izgraditi model koji stimulira kako unutarnja stanja i vanjski podražaji oblikuju ponašanje organizma s izrazito dinamičnom neuronskom arhitekturom.
“Moramo uspostaviti osnovna razumijevanja na koji način životinje poput hidre funkcioniraju, u smislu njihove neurobiologije, tako da tada možemo početi uspoređivati zaista različite životinje”, rekao je Robinson, dio Riceine Neuroinženjerske inicijative. “Mogao sam vidjeti da će za pet ili 10 godina biti puno zaista zanimljivih pitanja na koja možemo odgovoriti sada kada smo ustanovili neke osnove.”
Gdje se nalaze neuroni kod hidre?
Neuroni u hidri koncentrirani su u oralnoj regiji (uz pipke) i aboralnoj regiji (oko “stopala”), no istraživači su identificirali dvije različite vrste neurona – “mehanički reagirajuće” i prethodno otkrivene neurone “kontrakcije” – raspoređene po cijelom tijelu. To je pomoglo u objašnjenju različitih obrazaca ponašanja koje su otkrili, ovisno o tome da li se hidra spontano steže ili se mehanički aktivira.
Istraživači su također otkrili da i oralna i aboralna regija igraju ulogu u spontanim kontrakcijama. Oralna regija, poznata i kao hipostom, značajnija je; jer se čini da koordinira motorni odgovor, saznali su da je uklanjanjem hipostoma u potpunosti smanjen odgovor hidre na trzanje.
Čini se da aboralna regija, poznata i pod imenom peduncle, sadrži visoku koncentraciju motornih neurona uključenih u kontrakciju, o čemu svjedoče kalcijeve mreže koje se aktiviraju od stopala prema gore kada ih pokrene hipostom ili pobuda hidre bez glave.
Najzanimljiviji su bili dokazi da su, kad je hidri uklonjena jedna ili druga mreža ili su doslovno prerezani na pola, preostali neuroni pokupili snagu kako bi održali barem rudimentarnu funkciju i/ili regenerirali izgubljene komade.
“Kad smo počeli proučavati hidru, htjeli smo što je moguće bolje razumjeti kako ona funkcionira, njezine zajedničke značajke i razlike u usporedbi s drugim životinjama”, rekao je Robinson.” Jedna od stvari za koje nismo znali bile su specifične vrste neuronskih struktura. Hidra posebno ima distribuiranu živčanu mrežu, a mi smo htjeli znati da li određene regije životinje obrađuju informacije na centraliziran način, ili svi neuroni više-manje isti “.
Jesu li oralna i aboralna mreža iste?
Pokazalo se da su oralna i aboralna mreža prilično različite u načinu na koji kontroliraju različite aspekte hidre. “No čini se da postoji određena redundantnost i obrada senzornih informacija, što vidimo i kod drugih životinja”, rekao je. “Ova ideja o suvišnosti doista je važna za preživljavanje životinja, pa je vidimo mnogo puta gdje god pogledamo.”
Dok se radijalni živčani sustavi u hidri bitno razlikuju od mreža u bilateralnih stvorenja poput sisavaca, postoje sličnosti u načinu na koji svi takvi sustavi dijele opterećenje kada to moraju.
“Volim razmišljati o tome na ovaj način: Pogledajmo sve ludosti koje živčani sustav može učiniti, a koje su se razvile iz istog polazišta”, rekao je Robinson. “To nam može omogućiti da identificiramo temeljna načela koja je teže pronaći kod glodavaca i ljudi, gdje ih mogu zakloniti druge stvari koje smo razvili tijekom vremena.”
Robinson je rekao kako će neuroznanstvenici koji gledaju izvan tradicionalnih malih modela organizama – glodavaca, crva, zebrica i voćnih muha – biti najviše zainteresirani za rezultate hidre. “Postoji priznanje da zaista moramo diverzificirati naš izbor životinja koje proučavamo”, rekao je.
