Tokom evolucije, živi organizmi su postepeno razvijali složenije nervne sisteme kako bi koordinirali sve složenije senzorne, motoričke i kognitivne funkcije i kontrolisali povezano ponašanje.
Nedavno su različiti istraživački projekti pokazali da čak i jednostavna stvorenja sa difuznim nervnim sistemom mogu da ispolje složeno neuronsko ponašanje, na primer obradu vizuelnih signala ili takozvano povezano učenje.
Istraživači iz grupe za ćelijsku i razvojnu biologiju na Institutu za zoologiju Univerziteta u Kilu proučavaju jedan takav jednostavan višećelijski organizam, slatkovodni polip Hidra.
U prethodnim studijama, istraživački tim iz Centra za kolaborativno istraživanje (CRC) 1182 „Poreklo i funkcija metaorganizama“ predvođen profesorom Tomasom Bošom otkrio je veze između ponašanja Hidre u hranjenju i uključenih neurona.
Istraživači su identifikovali određene nervne populacije slatkovodnog polipa koje kontrolišu otvaranje usta životinja, između ostalog. U naknadnoj studiji, primetili su da hranjene životinje različito reaguju na stimuluse hrane i takođe pokazuju smanjenu pokretljivost nakon hranjenja u poređenju sa izgladnjelim pojedincima.
U sledećem koraku, istraživači sada žele da saznaju kako životinje integrišu složeno metaboličko stanje kao što je sitost i u skladu sa tim menjaju svoje ponašanje. U svojoj studiji, istraživački tim je uspeo da dokaže da nervni sistem Hidre zapravo može da „meri“ unutrašnje metaboličko stanje.
Otkrili su da Hidra ima dve specifične i indirektno povezane nervne populacije čija se aktivnost menja u zavisnosti od osećaja sitosti. Slično mnogo složenijim organizmima kičmenjaka, jedna nervna populacija je odgovorna za varenje, a druga za integraciju sitosti i promene u ponašanju.
Uzeti zajedno, ovi nalazi mogu nagovestiti rane faze centralizovanog nervnog sistema. Istraživački tim CRC 1182, koji je takođe aktivan u Collaborative Research Center 1461 „Neurotronics“, objavio je svoje nove rezultate u časopisu Izveštaji ćelija.
Prvo, istraživači su istraživali direktan uticaj unosa hrane na ponašanje Hidre u hranjenju. Životinje koje su hranjene svojom prirodnom hranom pokazivale su ograničenu reakciju na stimulans hrane do osam sati nakon toga i otvarale su usta znatno sporije ili uopšte nisu otvarale usta.
U dodatnim eksperimentima, istraživački tim je primetio dalje promene ponašanja koje su bile indirektno povezane sa unosom hrane. „Na primer, nakon hranjenja životinja, one su pokazale znatno manju privlačnost prema svetlosnim stimulansima i podjednako snažno potiskivanje prirodnih obrazaca kretanja.
„Jedna od mogućnosti je da se Hidra kreće ka svetlosti u potrazi za hranom, izvodeći lokomociju nalik saltu. Stoga, osećaj sitosti inhibira ove obrasce ponašanja, jer hranjene životinje privremeno ne moraju da traže hranu“, kaže dr Kristof. Giez, naučni saradnik u istraživačkoj grupi za ćelijsku i razvojnu biologiju.
Aktivnost nervnih ćelija zavisi od unutrašnjeg metaboličkog stanja
U sledećem koraku, istraživači iz Kila istraživali su pitanje kako funkcioniše neuronska kontrola ovih ekstenzivnih obrazaca ponašanja i da li se „sensing“ metaboličkog stanja može otkriti u aktivnosti određenih nervnih ćelija.
„Specifična populacija nerava u spoljašnjem sloju tkiva pokazuje povećanu učestalost tokom hranjenja, bez obzira na to da li još uvek ima hrane u telesnoj šupljini ili ne. Ova aktivnost se ponovo smanjuje tokom vremena sve dok se životinja ponovo ne vrati normalnom ponašanju hranjenja“, kaže Giez. .
Aktivnost druge nervne populacije u unutrašnjem sloju tkiva životinja određena je time da li je hrana prisutna ili ne u digestivnom traktu životinje. Čini se da njihova aktivacija zavisi od mehaničke stimulacije komponentama hrane.
Istraživači su sproveli dalje funkcionalne eksperimente kako bi istražili vezu između aktivnosti ove dve nervne populacije u takozvanom endodermu i ektodermu i ponašanja životinja u zavisnosti od njihove sitosti.
Kada su eksperimentalno uklonili neurone u ektodermu, životinje su izgubile sposobnost kretanja i orijentacije prema svetlosti. S druge strane, endodermalne nervne ćelije su direktno povezane sa unosom i izlučivanjem hrane.
„Tako bismo mogli zaključiti da je ektodermalna populacija uglavnom odgovorna za kretanje i integraciju stimulusa“, kaže Giez. „Demonstrirajući ovu subfunkcionalizaciju neurona u jednostavnom sistemu, uspeli smo da pokažemo da određene populacije nerava u Hidri već mogu preuzeti centralne funkcije slične onima u složenijim nervnim sistemima.“
Konačno, istraživački tim je istražio da li se određeni peptidi ili neurotransmiteri povezani sa ponašanjem hranjenja proizvode u različitim stepenima kod izgladnjele i zasićene hidre.
„Otkrili smo da je određeni neuropeptid značajno smanjen kod zasićenih životinja. Već je bilo poznato da je ovaj neurotransmiter takođe uključen u kontrolu kretanja životinja nalik saltu, kontrakcije i regulisanje sitosti kod drugih Cnidariana“, kaže Giez.
Moguće je da ovaj peptid, koji proizvodi samo nervne populacije uključene u ponašanje u ishrani, igra važnu ulogu u regulaciji apetita u Hidri, verovatno igrajući ulogu u indirektnoj komunikaciji između unutrašnjih i spoljašnjih nervnih populacija.
Sve u svemu, istraživači iz CRC 1182 su tako mogli da prate neuronsku regulaciju sitosti u Hidri uglavnom na dve nervne populacije i njihove efekte na čitav spektar obrazaca ponašanja vezanih za hranjenje.
„Ovo dokazuje da je veoma jednostavan sistem kao što je difuzna nervna mreža slatkovodnog polipa već sposoban da oseti nešto tako složeno kao što je unutrašnje metaboličko stanje i može da reguliše povezana ponašanja u skladu sa tim.
„Na osnovu ovih zapažanja moći ćemo da saznamo više o tome kako ova modulacija funkcioniše u složenijim organizmima i tako postepeno saznati više o evolucionom poreklu osećaja gladi i njegovom daljem razvoju“, kaže šef istraživačke grupe. Profesor Tomas Boš.
