В исследовании, опубликованном в этом месяце в BMC Biology, исследователи из Университета Цукубы показали, что морские ежи используют свет для регулирования открытия и закрытия привратника, который является важным компонентом пищеварительного тракта.
Светозависимые системы часто зависят от активности белков семейства опсинов, которые встречаются во всем животном мире, в том числе в организмах с зрительными и невизуальными системами.
Понимание функции опсинов у животных из разных таксономических групп может дать важные подсказки относительно того, как визуальные / невизуальные системы эволюционировали у разных существ, чтобы использовать свет в качестве внешнего сигнала. Функция опсинов в группах животных Ambulacraria, к которым относятся морские ежи, не была охарактеризована, и исследователи стремились решить эту проблему.
«Функции глаз и зрительных систем хорошо изучены», – говорит старший автор исследования профессор Сюнсуке Ягути. "Однако способ, которым светозависимые системы были приобретены и диверсифицированы на протяжении эволюции, неясно, особенно в случае дейтеростомов, из-за отсутствия данных о сигнальном пути в группе амбулакрарий."
Чтобы решить эту проблему, исследователи проверили, вызывает ли воздействие света изменения в деятельности пищеварительного тракта у морских ежей. Затем они провели микрохирургические и генетические эксперименты по нокдауну, чтобы проверить, опосредуют ли клетки опсина в пищеварительной системе морского ежа эффект света.
«Результаты предоставили новую информацию о роли опсинов у морских ежей», – объясняет профессор Ягути. «В частности, мы обнаружили, что стимуляция личинок морского ежа светом вызывает изменения в функции пищеварительной системы даже в отсутствие пищевых стимулов."
Кроме того, исследователи идентифицировали серотонинергические нейроны головного мозга рядом с экспрессирующими опсин клетками, которые были необходимы для опосредования светостимулированного высвобождения оксида азота, который действует как нейротрансмиттер.
«Наши результаты имеют важное значение для понимания процесса эволюции, в частности, процесса светозависимых систем, управляемых с помощью нейротрансмиттеров», – говорит профессор Ягути.
Данные показывают, что ранней функцией нейронов мозга, возможно, была регуляция пищеварительного тракта у наших эволюционных предков. Поскольку потребление пищи и усвоение питательных веществ имеют решающее значение для выживания, разработка сложной регуляторной системы мозг-кишечник могла стать важным шагом в эволюции животных.