خارپشت دریایی درک زیست شناسان از رشد مغز را متحول کرده است

دانشمندان موزه تاریخ طبیعی برلین مقاله‌ای را در Science Advancess منتشر کردند که نشان می‌دهد خارپشت‌های دریایی سیستم عصبی بسیار پیچیده‌تری نسبت به آنچه قبلا تصور می‌شد دارند.

محققان دریافتند که بدن آنها به عنوان یک مرکز عصبی منفرد با یک شبکه عصبی گسترده و سلول های حساس به نور که یادآور ساختار چشم انسان است، عمل می کند.

سر در تمام بدن

خارپشت دریایی در نگاه اول یک ساکن ساده و خاردار کف دریا است که در اصل «مغز کل بدن» است. یک شبکه عصبی گسترده تمام قسمت‌های بدن را پوشش می‌دهد و گیرنده‌های نوری تخصصی روی سطح به ارگانیسم اجازه می‌دهند نور را حس کنند. این ساختار، خارپشت های دریایی را به نمونه ای غیرمعمول از حیواناتی تبدیل می کند که عملکرد مغز آنها به جای تمرکز در یک ناحیه مرکزی در سراسر بدن توزیع شده است.

دانشمندان با استفاده از روش های مدرن برای تجزیه و تحلیل سلول های منفرد و مطالعه فعالیت ژن، دریافته اند که بدن خارپشت های دریایی بالغ ساختاری غیرعادی دارد. تقریباً کل بدن به‌عنوان «سر» عمل می‌کند: ژن‌هایی که بدن حیوانات دیگر را شکل می‌دهند، فقط در اندام‌های داخلی، مانند روده‌ها و سیستم عروقی آب، در خارپشت دریایی فعال هستند. آنها هیچ عضو واقعی بدن ندارند – تمام بدن آنها با شبکه ای از اعصاب منشعب و سلول های حساس به نور پوشیده شده است.

محققان تاکید می کنند که شبکه عصبی خارپشت دریایی آشفته نیست. این یک ساختار بسیار سازمان یافته با انواع بسیاری از نورون ها و نوروپپتیدها است که قادر به انجام عملکردهای سیگنالینگ پیچیده هستند.

بازسازی رادیکال بدن

ویژگی خاص توتیای دریایی و خویشاوندان آنها مانند ستاره دریایی تغییر تقارن در طول رشد است. در ابتدا، این جانوران دارای تقارن دو طرفه هستند، اما با بالغ شدن، تحت یک “دگردیسی رادیکال” قرار می گیرند و ساختاری پنج پرتو را تشکیل می دهند.

محققان به این موضوع علاقه مند شدند که چگونه یک ژنوم می تواند از دو طرح بدن بسیار متفاوت پشتیبانی کند. برای انجام این کار، آن ها بلافاصله پس از دگردیسی، خارپشت های دریایی را مورد مطالعه قرار دادند و مشخص کردند که کدام سلول ها و ژن ها باعث چنین تغییرات شگرفی شده اند. به نظر می رسد که شبکه های عصبی شاخه ای نقش مهمی دارند.

نور و احساس آرامش

گیرنده های نوری روی سطح جوجه تیغی های دریایی نشان می دهد که حیوانات قادر به حس کردن نور هستند و خوشه های عصبی آنها مانند یک مغز توزیع شده عمل می کند. این سلول ها می توانند پروتئین های مختلف را برای حس کردن و پردازش سیگنال های نوری ترکیب کنند.

درک جدید از تکامل

کار محققان نشان می دهد که تکامل سیستم عصبی می تواند مسیرهای مختلفی را دنبال کند. خارپشت دریایی نشان می دهد که عملکردهای پیچیده شناختی و پردازش اطلاعات می توانند بدون مغز متمرکز وجود داشته باشند. یک شبکه توزیع‌شده از نورون‌ها و وجود گیرنده‌های نوری هماهنگی حرکت، پاسخ به نور و شاید درک پیچیده‌تری از محیط را نسبت به آنچه انتظار می‌رود، فراهم می‌کند.

دانشمندان خاطرنشان می کنند که کشف آنها تنها آغاز راه است. علم هنوز اطلاعات زیادی در مورد توانایی های حسی و شناختی خارپشت های دریایی نمی داند.