Более 30 лет назад была опубликована поклеточная карта нервной системы червя Caenorhabditis elegans. Но эта схема пропускала значительные участки тела. К тому же была составлена только для самок. Теперь учёные заполнили пробелы, картировав все нейроны и соединения между ними у обоих полов. Достижение может проложить дорогу открытиям в строении нервной системы человека.
Результаты исследования описаны в научной статье, опубликованной в журнале Nature группой во главе со Скоттом Эммонсом (Scott Emmons) из Медицинского колледжа имени Альберта Эйнштейна.
Создать полную поклеточную карту нервной системы (НС) с указанием всех соединений между нейронами – невероятно сложная задача. Авторы называют ещё только одно животное, кроме C. elegans, для которого она была решена: червя Pristionchus pacificus. Все остальные работы такого рода касались отдельных участков НС.
C. elegans выгодно отличается от конкурентов тем, что его нервная система невероятно проста. У самок всего 302 нейрона, а у самцов – 385 (как бы это ни оскорбляло чувства борцов за равноправие). Поэтому задача нанести на карту каждую нервную клетку выполнима, хотя отнюдь не легка.
Для составления первой такой схемы, опубликованной в 1986 году, Сиднею Бреннеру и его сотрудникам пришлось обработать несколько тысяч электронных микрофотографий. Эта работа принесла биологу Нобелевскую премию.
Группа Эммонса, обновившая и дополнившая карты Бреннера, имела важное преимущество: современные компьютеры (что, конечно же, не умаляет труда учёных). Авторы использовали как микрофотографии, полученные ими самими, так и данные Бреннера.
Схема, полученная исследователями для самок, включает 460 узлов. Это 302 нейрона и 158 органов, "подключённых" к НС, в том числе 132 мышцы. Также на карту попало 4887 прямых соединений между узлами (в частности, контактов между нервными клетками). Для мужской особи эти же цифры составляют: 385 нейронов, 155 мышц, 39 других органов и 5315 прямых соединений.
Биологи не только нанесли на карту контакты между клетками, но и измерили их проводимость.
Как и следовало ожидать, большая часть различий в нервной системе самцов и самок относилась к участкам, регулирующим размножение. Но и в центральных нервных путях, анатомия которых одинакова у обоих полов, удивительно большое количество синапсов различается по проводимости у самцов и самок. Наверное, будь черви несколько умнее, это дало бы им повод рассуждать о том, что одни нематоды с Марса, а другие – с Венеры.
Полная информация о строении нервной системы червей должна пролить новый свет на её функционирование.
Может показаться, что черви, имеющие менее 400 нейронов, бесконечно далеки от нас, в одной только гордо поднятой голове несущих порядка ста миллиардов нервных клеток. Но мы не так отличаемся от червей, как нашёптывает нам чувство собственной важности.
Почти все известные животные, имеющие центральную нервную систему, унаследовали её от общего предка (так что лишь недавно удалось выяснить, что она возникала в ходе эволюции несколько раз). И от этого предка, общего с червями-нематодами, нам достались многие "технические решения". У нас в общем и целом одинаковое строение нейронов, состав нейромедиаторов, общие принципы организации НС и так далее.
Вполне вероятно, что ещё не изученные нервные процессы тоже протекают у разных животных одинаково. Но в нервной системе примитивного существа их гораздо проще обнаружить. Поэтому нейробиологи так любят изучать червей, улиток и так далее. А уж потом, когда учёные знают, куда смотреть, они находят открытые явления и в нервной системе мышей, обезьян, людей. Например, механизмы, позволяющие нам помнить своё имя и лицо любимого человека, были первоначально открыты у моллюска под названием морской заяц.
Возможно, что и строение нервной системы червя поможет специалистам разглядеть в человеческом организме нечто такое, чего они раньше не видели.
"Структура всегда занимает центральное место в биологии, – замечает Эммонс. – Структура ДНК показала, как работают гены, а структура белков – как функционируют ферменты. Теперь структура нервной системы показывает, как ведут себя животные и как нервные связи нарушаются, вызывая болезни".
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о трёхмерной карте межнейронных связей млекопитающего, а также о перечне типов клеток в коре головного мозга и подсчёте числа нейронов в мозге кошек и собак.