Представляя себе существ со сложными глазами, большинство людей думают о млекопитающих, птицах или, может быть, об осьминогах. Однако у кольчатых червей, обитающих в море, таких как щетинкочелюстные Platynereis dumerilii, глаза устроены почти так же, как у позвоночных и головоногих моллюсков. Такие глаза называют «камерами», и некоторые из них способны видеть с удивительно высоким разрешением. Но как глаза этих беспозвоночных продолжают расти на протяжении всей жизни? Международная исследовательская группа из Венского университета, Института Альфреда Вегенера в Бремерхафене и Ольденбургского университета изучила этот вопрос и получила новые результаты, опубликованные в журнале Nature Communications.
Глаза фасеточного типа у беспозвоночных и позвоночных — хрестоматийные примеры параллельной эволюции, которая, как считается, возникла независимо как схожее решение одной и той же биологической задачи. Чтобы выяснить, как продолжают развиваться такие глаза, команда исследователей изучила глаза взрослых особей Platynereis — модельной системы, которая давно используется для изучения фундаментальных принципов функционирования фоторецепторов и эволюции мозга.
С помощью секвенирования одноклеточной РНК автор исследования Надя Миливоевич из Венского университета определила молекулярные маркеры, характерные для стволовых клеток, и составила карту расположения и активности этих клеток в сетчатке червя. Анализ выявил определённую зону на краю сетчатки, где сосредоточено большое количество нервных стволовых клеток, которые активно делятся во время роста глаза взрослой особи. «Было удивительно обнаружить делящиеся клетки на краю сетчатки червя — в том же месте, где у некоторых групп позвоночных сохраняются стволовые клетки сетчатки, обеспечивающие рост глаза на протяжении всей жизни», — говорит Миливоевич.
Действительно, считается, что эта так называемая «ресничная краевая зона» обеспечивает непрерывный рост глаза — модель, которая воспроизведена в сетчатке морского червя. «У позвоночных, которые растут на протяжении всей жизни, например у рыб и амфибий, такие стволовые клетки снабжают глаз новыми нейронами сетчатки по мере развития животного», — объясняет старший автор исследования Флориан Райбле из Венского университета. «Примечательно, что в глазах щетинохвостки также могут появляться новые фоторецепторные клетки и увеличиваться их размер — особенность, которая недостаточно изучена за пределами позвоночных», — добавляет Райбл.
Что ещё более удивительно, рост глаз у взрослых червей также регулируется освещением окружающей среды. Проведя детальный генетический и молекулярный анализ, ученые выяснили, что этот эффект опосредован c-опсином — светочувствительной молекулой, которая также присутствует в палочках и колбочках сетчатки глаза позвоночных.
Хотя предыдущие исследования показали, что глаза червей состоят из другого семейства молекул опсинов, наличие c-опсина, характерного для позвоночных, стало большим сюрпризом. Было обнаружено, что эта светочувствительная молекула присутствует в ранних предшественниках фоторецепторных клеток червя. Это позволяет предположить, что она действует как молекулярный переключатель, связывающий свет окружающей среды с активностью стволовых клеток. Открытие показывает, что зрительные системы не только воспринимают свет, но и могут развиваться под его воздействием.
Полученные результаты восполняют давний пробел в понимании того, как растут и функционируют глаза беспозвоночных и позвоночных. Открытие того, что глаза Platynereis состоят из кольца нейронных стволовых клеток, приближает биологов к пониманию универсальных принципов эволюции органов чувств.
Это также поднимает новые вопросы. Могут ли другие нейронные стволовые клетки в организме реагировать на свет окружающей среды? Как искусственное освещение может нарушить естественные системы регуляции? Исследователи надеются, что будущие работы, посвящённые механизмам стволовых клеток червей, помогут ответить на эти вопросы и в буквальном смысле прольют свет на то, как адаптируется нервная система.
