Новые исследования показывают, что ракообразные, такие как креветки, лобстеры и крабы, имеют больше общего со своими родственниками насекомых, чем считалось ранее — когда речь заходит о структуре их мозга.

Согласно исследованию, проведенному неврологом из Аризонского университета Николасом Страусфельдом, как у насекомых, так и у ракообразных имеются мозговые структуры грибовидной формы, известные у насекомых, которые необходимы для обучения, памяти и, возможно, ведения переговоров в сложных трехмерных средах.

Исследование, опубликованное в журнале открытого доступа eLife , ставит под сомнение широко распространенное мнение научного сообщества о том, что эти мозговые структуры — так называемые «грибные тела» — явно отсутствуют в мозге ракообразных.

В 2017 году команда Страусфельда сообщила о подробном анализе грибных тел, обнаруженных в мозгу креветки богомола, Squilla mantis. В данной статье группа предоставляет доказательства того, что нейроанатомические особенности, которые определяют тела грибов — когда-то считавшиеся эволюционным признаком, присущим насекомым, — присутствуют у ракообразных, группы, включающей более 50 000 видов.

Известно, что ракообразные и насекомые происходят от общего предка, который жил около полумиллиарда лет назад и давно вымер.

«Грибное тело — невероятно древняя, фундаментальная структура мозга», — сказал Страусфельд, профессор-регент по неврологии и директор Центра исследований насекомых Университета Аризоны. «Когда вы смотрите на членистоногих как на группу, это везде».

Помимо насекомых и ракообразных, к другим членистоногим относятся паукообразные, такие как скорпионы и пауки, и многоножки, такие как многоножки и многоножки.

Характеризуемые своими внешними скелетами и сочлененными придатками, членистоногие составляют наиболее богатую видами группу животных, обитающих почти во всех мыслимых местах обитания. Около 480 миллионов лет назад родословное дерево членистоногих раскололось: одна линия родила паукообразных, а другая — челюсти. Вторая группа снова разделилась, чтобы обеспечить родословную, ведущую к современным ракообразным, включая креветок и лобстеров, и шестиногих существ, включая насекомых — самую разнообразную группу членистоногих, живущих сегодня.

Десятилетия исследований распутали эволюционные отношения членистоногих, используя морфологические, молекулярные и генетические данные, а также данные о структуре их мозга.

Было показано, что грибные тела в мозге являются центральными процессорами, где сходятся сенсорные данные. Зрение, обоняние, вкус и осязание — все это интегрировано здесь, как показали исследования пчел. Располагаясь попарно, каждое тело гриба состоит из столбчатой ​​части, называемой долей, закрытой куполообразной структурой, называемой чашечкой, где сходятся нейроны, передающие информацию, посылаемую из органов чувств животного. Эта информация передается нейронам, которые снабжают тысячи пересекающихся нервных волокон в долях, которые необходимы для вычисления и хранения памяти.

Недавние исследования, проведенные другими учеными, также показали, что эти цепи взаимодействуют с другими мозговыми центрами, усиливая или уменьшая важность воспоминаний, когда животное собирает опыт из окружающей среды.

«Грибные тела содержат сети, в которых создаются интересные ассоциации, порождающие память», — сказал Страусфельд. «Это то, как животное понимает окружающую среду».

Более эволюционно «современная» группа ракообразных, называемая Reptantia, которая включает в себя множество омаров и крабов, действительно, похоже, имеет мозговые центры, которые совсем не похожи на тело насекомого-гриба. Это, как предполагают авторы, помогло создать неправильное представление о том, что ракообразным не хватает структур в целом.

Анализ мозга ракообразных показал, что, хотя грибные тела, обнаруженные у ракообразных, выглядят более разнообразными, чем у насекомых, их определяющие нейроанатомические и молекулярные элементы присутствуют здесь.

Используя образцы мозга ракообразных, исследователи применили меченые антитела, которые действуют как зонды, обнаруживая и выделяя белки, которые, как было показано, необходимы для обучения и памяти у плодовых мух. Методы окрашивания чувствительных тканей дополнительно позволили визуализировать сложную архитектуру грибовидных тел.

«Мы знаем о нескольких белках, которые необходимы для установления обучения и памяти у плодовых мушек, — сказал Страусфельд, — и если вы используете антитела, которые обнаруживают эти белки у разных видов насекомых, грибковые тела загораются каждый раз».

Использование этого метода показало, что одни и те же белки не являются уникальными для насекомых; они обнаруживаются в мозге других членистоногих, включая многоножек, многоножек и некоторых паукообразных. Даже у позвоночных, включая людей, они находятся в структуре мозга, называемой гиппокамп, известный центр памяти и обучения.

«Соответствующие мозговые центры — тело гриба у членистоногих, морских червей, плоских червей и, возможно, гиппокампа позвоночных животных — похоже, имеют очень древнее происхождение в эволюции животной жизни», — сказал Страусфельд.

Так почему же у наиболее часто изучаемых ракообразных есть грибные тела, которые могут сильно отличаться от их насекомых? У Страусфельда и его соавторов есть теория: виды ракообразных, населяющие среду, требующую знаний о сложных трехмерных областях, — это именно те, чьи грибные тела наиболее похожи на те, что у насекомых, — группа, которая также овладела трехмерным миром. развиваясь летать.

«Мы не думаем, что это совпадение», — говорит Страусфельд. «Мы предполагаем, что сложность обитания в трехмерном мире может потребовать специальных нейронных сетей, которые обеспечивают сложный уровень познания для обсуждения этого пространства в трех измерениях».

Лобстеры и крабы, с другой стороны, проводят свою жизнь, в основном, на морском дне, что может объяснить, почему, как исторически считалось, им не хватает грибных тел.

«С риском обидеть коллег, которые неравнодушны к крабам и лобстерам: я считаю многих из них обитателями плоского мира», — говорит Страусфельд. «Будущие исследования смогут сказать нам, какие умнее: креветки богомола, обитающие на рифе, лучший хищник или омар-затворник».

Страусфельд стал соавтором этой статьи вместе с двумя своими бывшими студентами — Габриэллой Вольф, ныне постдокторантом в Университете Вашингтона, и Марселем Сэйром, ныне докторантом Лундского университета в Швеции. Они надеются, что изучение грибных тел поможет в дальнейшем выяснить, как мог развиваться мозг и какие условия окружающей среды сформировали этот процесс.

«Это исследование приближает нас к ответу на главный вопрос», — говорит Страусфельд. «Мы хотим знать: каким был самый ранний мозг?»