Новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, обнаруживает доказательства электрической сигнализации и скоординированного поведения у хоанофлагеллят, ближайших живых родственников животных. Этот сложный пример клеточной коммуникации даёт ключевое представление о ранней эволюции многоклеточных животных и их нервной системы.
Исследователи из группы Буркхардта из Центра Майкла Сарса при Бергенском университете обнаружили удивительное разнообразие поведения в розеткообразных колониях хоанофлагеллят Salpingoeca rosetta — и эти маленькие организмы таили в себе еще больше сюрпризов. «Мы нашли связь между клетками колоний, которая регулирует форму и биение ресничек по всей розетке», — объясняет первый автор работы Джеффри Колгрен. «У нас не было четких ожиданий относительно того, что мы увидим в культурах, прежде чем поместить их под микроскоп, но когда мы это сделали, было очень интересно».
Многоклеточность является определяющей характеристикой всех животных, она позволяет им взаимодействовать с окружающей средой уникальными способами, объединяя входные данные высокоспециализированных типов клеток, таких как нейроны и мышечные клетки. Для хоанофлагеллят — жгутиковых организмов, встречающихся в морской и водной среде по всему миру, — граница между одноклеточностью и многоклеточностью менее четкая.
Некоторые виды, в том числе S.rosetta, демонстрируют сложные жизненные циклы, включающие колониальные стадии. Хотя колонии образуются путем деления клеток, подобно развивающимся эмбрионам животных, в них отсутствуют специализированные типы клеток, и они больше похожи на группу отдельных клеток, чем на целостный организм. «S. rosetta является отличной моделью для изучения возникновения многоклеточности в процессе эволюции животных», — говорит автор работы Павел Буркхардт (Pawel Burkhardt). «Поскольку наше исследование показывает, что колониальные хоанофлагелляты координируют свои движения с помощью общих сигнальных путей, оно предоставляет увлекательные сведения о ранних сенсорно-двигательных системах».
Используя недавно разработанный генетический инструмент, позволяющий визуализировать активность кальция в S. rosetta, команда обнаружила, что клетки синхронизируют свое поведение с помощью кальциевых каналов, связанных с напряжением, — тех же каналов, которые используются в нейронах и мышечных клетках животных. «Это свидетельство того, как информация передается между клетками в колониях хоанофлагеллят, демонстрирует клеточно-сигнальную связь на пороге многоклеточности», — говорит Колгрен. Поразительно, но это открытие позволяет предположить, что способность координировать движение на клеточном уровне возникла еще до появления первых животных.
В дальнейшем команда планирует изучить, как сигналы распространяются между клетками и существуют ли подобные механизмы у других видов хоанофлагеллят. «Разработанные инструменты и результаты этого исследования открывают множество новых и интересных вопросов», — заключает Колгрен. «Нам не терпится увидеть, как мы сами и другие люди будут развивать это направление в будущем».
[Фото: Davis Laundon, Ella Maru Studio and Kate Zvorykina (Ella Maru Studio, Inc.)]
