Известный как грибные тела, эти структуры, которые играют ключевую роль в формирующихся воспоминаниях и изучении, были только найдены у насекомых – до сих пор. Результаты, кажется, подвергают сомнению обычно проведенное восстановление сценария, как мозговые структуры развились у членистоногих.Так как было универсально признано, что насекомые, развитые из ракообразных и грибных тел, исключительны насекомым (или таким образом, это казалось), большинство биологов соглашается, что эти уникальные мозговые структуры, развитые после происхождения насекомого, откалываются от ракообразного происхождения.
Последствия исследования, которое опубликовано в находящемся в открытом доступе iLife журнала, пункте к одному из двух возможных сценариев, оба, одинаково вероятно, чтобы вызвать гул в научном сообществе. По словам Штраусфельда, профессора Регентов в Отделе UA Нейробиологии и ведущего автора на бумаге, одна интерпретация предполагает, что грибные тела намного более древние, чем ученые поняли и были потеряны у почти всех ракообразных кроме креветок богомола, группа, известная как stomatopods, которые являются родственной группой ракообразных, таких как креветки, омар и крабы.
В другом сценарии грибные тела развились независимо в stomatopods и походят на своих коллег у насекомых посредством процесса, известного как сходящаяся эволюция.Включая больше чем 4 миллиона разновидностей, членистоногие – самая многочисленная и самая разнообразная группа животных, включая ракообразных, насекомых и пауков. Все членистоногие, как думают, спускаются от общего предка, скорее всего существа, которое населяло дно океана больше чем 550 миллионов лет назад. Точный переход членистоногой родословной в то раннее время остается темным, отрывочная картина, скрытая слоями глубокого времени и промежутков в отчете окаменелости.
Визуализируя клетки и нервные связи в мозгах креветок богомола, авторы исследования показывают, что среди ракообразных, только креветки богомола обладают истинными грибными телами. Интригующе, тем не менее, они также нашли некоторые признаки этих культовых структур в близких родственниках креветок богомола: креветка-доктор, креветки пистолета и живущие на земле раки-отшельники.
Это может не быть совпадением, авторы предлагают, утверждая, что среди ракообразных, креветки богомола и их родственники – единственная известная группа, которая зависит от памяти о точных местоположениях. Это может не поэтому быть совпадение, что точно те таксоны сохранили грибные тела, потому что «один предложенный драйвер эволюции больших грибных тел – требование, чтобы вспомнить точные местоположения и свойства мест, из которых можно получить еду», как пишут авторы.«У насекомых грибные тела необходимы для изучения и памяти», говорит Штраусфельд. «Мы показали ранее, что у тараканов они необходимы для запоминания места. Это может быть верным для большинства насекомых.
Найти эту структуру у ракообразного действительно захватывающее, потому что она предполагает, что, возможно, возникла в глубокое время: древний центр, сохраненный больше пятисот миллионов лет, чтобы выполнить эту функцию».Используя технику, известную как иммуногистохимия, Вольфф и Штраусфельд сначала подготовили очень тонкие срезы мозговой ткани креветок богомола и применили антитела, которые определенно обнаруживают определенные белки, которые, как известно, играли важные роли в изучении и памяти.
Поскольку эти антитела соединены с флуоресцентными маркерами, исследователи могут проследить точные местоположения этих белков, поскольку они обрисовывают в общих чертах анатомическую архитектуру нервной системы.«Когда мы изучаем разделы, запятнанные для изучения и белков памяти под микроскопом, характерные грибные лепестки тела, которые символизируют грибные тела насекомого, освещают очень интенсивно», говорит Штраусфельд.Команда уверена, что структуры, которые она определила, являются действительно грибными телами. Принимая во внимание, что в прошлом всего три нейроанатомических знака обычно использовались, чтобы определить эти структуры признака в мозгах насекомого, команда расширила этот номер люкс знаков к 14 и, согласно Штраусфельду, «к нашему восхищению, также, как и насекомые, креветки богомола показывают каждых из них».
Авторы исследования признают, что, интригуя, их результаты не предоставляют категорического заключения точно, как и когда грибные тела развились. Гипотеза, что идентичные центры такой ошеломляющей сложности развились сходящимся образом в stomatopods и насекомых, столь же захватывающая как альтернатива – то из грибных тел, развивающихся рано в эволюции всех членистоногих.
Штраусфельд и его соавторы не держат пари на одном как более вероятно, чем другой.«Мы не можем исключить сходимость», говорит Вольфф, «потому что для сложных структур возможно развиться многократно, хотя это не самый вероятный сценарий».
Поскольку главные хищники, которые используют их огромное видение, чтобы преследовать и охотиться на добычу по значительным расстояниям, креветки богомола, должны оценить и помнить сложные особенности своей среды, отмечают авторы. Точно так же креветка-доктор, креветки пистолета и живущие на земле раки-отшельники полагаются на продвинутые пространственные и временные навыки памяти, не разделенные другими видами ракообразных, которые, возможно, потеряли их грибные тела в течение эволюции.В предыдущих исследованиях Вольфф и Штраусфельд обнаружили структуры, напоминающие грибные тела в таксонах, которые развились перед ракообразными и насекомыми, такими как многоножки, пауки, даже плоские черви.
Говорит Вольфф: «Я думаю, что наиболее вероятно, что эти структуры действительно существовали в последнем общем предке членистоногих и разновидностях, которые не сделали, чтобы они во вторую очередь потеряли их».Авторы надеются, что изучение грибных транскриптомов тела, образцов экспрессии гена, характеризующей их участвующие нейроны, будет служить окончательным арбитром.«Вопрос, на который мы в конечном счете хотим ответить: Каков был самый ранний мозг?» Штраусфельд говорит. «Наше исследование дает нам понимание древней мозговой структуры. Самый ранний мозг не был просто определен как предшествующий конец нервной системы, но что-то более тщательно продуманное.
Фоссилизируемые следы передали, 520 миллионов лет назад показывают нам, что даже самые ранние мозги могли принять решение того, что сделать затем и куда возвратиться, и тем решениям, возможно, очень хорошо сообщила не просто непосредственная сенсорная информация, но также и отзывом».