Секс червей-гермафродитов поможет понять работу мозга. Биология.
Ученые из Калифорнийского технологического университета провели исследование полового поведения у круглых червей нематод. Выбор нематоды в качестве объекта исследования позволил ученым изучить то, как сложная задача поиска партнера и спаривания решается у очень простых по своему устройству организмов. Биологи обнаружили два вещества, необходимых для координации движений при половом акте у нематод. Результаты их исследования опубликованы в журнале BMC Biology
Догнать и найти правильную сторону
У многих примитивных животных оплодотворение внешнее, и проблем с поиском партнера у них не возникает. Самец просто выбрасывает сперму рядом с ранее отложенными самкой яйцами, и слияние половых клеток происходит вне организма. Но если оплодотворение проходит внутри тела
самки, то задача доставки к яйцеклетке генетического материала существенно усложняется.
Сексуальное поведение животных крайне разнообразно. Так, например, некоторые насекомые совершают половой акт путем пробивания тела самки. У нематод этот процесс не столь травматичен, но его усложняет один нюанс: некоторые особи данного вида являются гермафродитами и несут оба комплекта половых органов.
Причем сам гермафродит, как сообщают ученые в своей статье, вовсе не стремится спариться (в том числе и с себе подобными) и может в процессе перемещаться. Самцу приходится его догонять, выравнивать скорость и балансировать рядом с гермафродитом. Для существа, чья нервная система состоит из 302 клеток, этот акт подобен чудесам акробатики. И ученые заинтересовались тем, каким образом столь примитивный организм справляется с настолько сложной задачей.Главное – хвост!
Внимательное изучение полового акта червей позволило биологам выделить минимум шесть этапов, требующих отдельной программы передвижения. Сначала червь реагирует на появление гермафродита и подползает к нему. Потом отползает назад, поворачивается на бок и далее остается найти влагалище, ввести в него спикулу (которая заменяет червю пенис) и, наконец, передать сперму.
Процесс совокупления двух круглых червей C.elegans. Самец сверху, гермафродит снизу. Левая верхняя стрелка отмечает хвост самца. Источник: Coordination of opposing sex-specific and core muscle groups regulates tail posture during Caenorhabditis elegans male mating behavior; Whittaker и Sternberg
Если самец не находит влагалище с одной стороны, он повторяет попытку. Как именно ему это удается, долгое время оставалось загадкой. Кропотливая работа исследователей позволила установить, что ключевую роль играют два химических вещества, при помощи которых нервные клетки нематоды обмениваются сигналами.
Химические сети
Нейробиологам известно, что для передачи нервного импульса от одной клетки к другой необходимы специальные вещества, которые называются нейромедиаторами. При этом разные клетки могут использовать разные нейромедиаторы. У нематоды в ходе последнего исследования обнаружилось
два необходимых для полового акта нейромедиатора.
Первая группа использует ацетилхолин и обеспечивает прижимание хвоста к телу партнера (именно на хвосте находятся спикула). Вторая группа нейронов позволяет разворачивать хвост, и для передачи сигналов между этими клетками используется гамма-аминомасляная кислота. Исследователи также обнаружили и то, что активность нервной системы в момент
спаривания не ограничена только теми 89 клетками, которые присущи только самцам: в половом поведении задействованы и общие для обоих полов нейроны.
Почти как люди
Несмотря на то, что нематоды кажутся крайне далеки от человека и даже млекопитающих, некоторые особенности их физиологии и генетики сходи с человеческими. Например, число генов у круглого червя размером меньше миллиметра, и их насчитывается порядка 20 тыс. – примерно столько же,
сколько у человека. Исследованные учеными нейромедиаторы точно такие же, как и у людей: ацетилхолин и гамма-аминомасляная кислота.
Это сходство заставляет биологов внимательнее относиться к казалось бы примитивному животному. Тот факт, что крошечный червь несет не меньший набор генов (а у обычной мыши генов даже больше, чем у людей) может говорить о том, что эволюция шла не по пути увеличения числа генов, а
по пути усложнения взаимодействия между ними. И наблюдение за тем, как схожий набор генов позволяет осуществлять то или иное поведение у животных (от червей до обезьян) может привести и к разгадке происхождения человеческого разума в ходе эволюции.
Медикам может пригодиться знание о том, какие механизмы на клеточном и молекулярном уровне обеспечивают синхронизацию движений. Эта информация может помочь при лечении заболеваний, вызванных нехваткой того или иного нейромедиатора у людей. Так, например дефицит дофамина
уже известен как причина тремора конечностей при болезни Паркинсона. И с этими симптомами можно бороться при помощи синтетического аналога недостающего нейромедиатора.
Источник