Равлики вміють розмовляти. Причому, мовчки. Незважаючи на це, ніж повідомляти про них доходять навіть до ненароджених личинок, які мирно розвиваються у своїх коконах. Особливостями равликового мови біологи поділилися з кореспондентом Infox.ru.
У розвитку живого організму з заплідненої яйцеклітини ще багато загадкового. До недавнього часу вчені вважали, що воно відбувається за строго заданою програмою, і у тварин, у яких відкладені яйця розвиваються у зовнішньому середовищі, ембріони ніяк не пов'язані зі своїми батьками. Але останні дослідження російських біологів показали, що це не так. Виявляється, дорослі прісноводні молюски спілкуються зі своїми личинками і можуть загальмувати або прискорити їх розвиток.
Об'єкти, які вивчали провідні наукові співробітники Інституту біології розвитку РАН доктор біологічних наук Олена Воронежская, доктор біологічних наук Леонід Незлин, а також доцент Тульського педагогічного університету кандидат біологічних наук Марина Хабарова, - це самі звичайні равлики наших водойм: черевоногі молюски великий прудовик і котушка . У них подібний цикл розвитку. Запліднені яйця вони відкладають у вигляді клейких коконів на листя і стебла водних рослин. В яйці утворюється личинка-трохофора, яка росте, видозмінюється і поступово перетворюється в крихітну улиточку. Причому всі стадії розвитку личинки проходять всередині оболонки яйця, харчуючись знаходяться в ньому запасом поживних речовин. Потім равлик прогризає в яйці дірку, вилуплюється і переходить до «дорослого» життя.
Тут немає їжі. Сидіть в яйці!
Як розповіли біологи кореспонденту Infox.ru, працювали вони з «культурними» молюсками, які народжуються і виростають в лабораторії, охоче поїдаючи листя салату або кульбаби. Для експерименту одну групу прудовиков годували як завжди, а іншу протягом трьох днів тримали голодними. Потім взяли зразки води з-під ситих і з-під голодних равликів, відфільтрувавши від зважених часток. Як пояснили вчені, вода потрібна для другої частини експерименту.
У ній беруть участь вже не самі молюски, а їх яйця. Їх обережно витягли з яєчного кокона і помістили в три чашки Петрі. В першу чашку налили воду з-під ситих равликів, в другу - з-під голодних равликів. У третю, контрольну чашку, налили чисту воду.
Через дев'ять днів біологи подивилися на результат. Виявилося, що в воді з-під ситих прудовиков, так само як і в контрольній, личинки розвинулися до тієї стадії, коли вони вже виглядають як справжні крихітні равлики. А в воді з-під голодних прудовиков зародки залишилися практично на тій же стадії розвитку, що і на початку експерименту. Розвиток личинки загальмувався аж до повної зупинки.
Значить, вирішили вчені, голодні равлики виділяють в воду якусь речовину, яке гальмує розвиток личинок. «Батьки начебто говорять своїм майбутнім дітям: почекайте розвиватися і вилуплюватися - тут вам нічого буде їсти!» - пояснила кореспонденту Infox.ru Олена Воронежская. Важкі часи краще пересидіти в яйці - а раптом стане краще!
Подальші експерименти показали: чим довше голодували дорослі молюски, тим більше речовини вони виділяли в воду, і тим сильніше виявлялося його вплив на личинок.
Пошук хімічного листи-невидимки
Це таємниче речовина вчені назвали RED-фактором (від Retarding Embrionic Development - гальмуючий ембріональний розвиток). Про його хімічною природою на сьогодні можна судити лише за непрямими даними. Коли Квод з-під голодних равликів обробляли протеолітичнимиферментами, що розщеплюють білки, її гальмує дію не змінювалося, а іноді навіть посилювалося. А коли в воду додали ліпази - ферменти, що розщеплюють жири, гальмуючий ефект пропав. Тому вчені припустили, що RED-фактор - це, швидше за все, ліпопротеїн. Причому, його ключова частина знаходиться в ліпідної частини.
Ось для чого личинці потрібен мозок
Потрібно було зрозуміти, як личинки сприймають хімічне послання від батьків. Біологи вирішили, що це відбувається завдяки так званому апикальному органу. Він розташований на передньому кінці личинок багатьох безхребетних тварин. Зазвичай складається з чубка, війок і нервових клітин в основі. У личинок прудовика чубчик не виражений, але є два чутливих (сенсорних) нейрона. Апікальний орган - це своєрідний «личинковий мозок». На пізніх стадіях розвитку апікальний орган управляє метаморфозом - переходом від личинкової стадії до ювенільної. Але для чого потрібен мозок личинці на ранніх стадіях розвитку, тим більше, всередині яйця, ніхто не знав.
Гіпотезу, що саме апікальний орган личинки сприймає хімічні сигнали про гальмування розвитку, потрібно було довести. І вчені її довели.
Нервові клітини прудовика синтезують нейромедіатор дофамін, а клітини котушки - серотонін. Якщо стимулювати їх нейрони шляхом додавання в воду речовин-попередників цих нейромедіаторів, то розвиток личинки сповільниться. Якщо додати блокатори синтезу дофаміну або серотоніну, то нейрони знизять активність, а розвиток личинки прискориться.
Якщо ж блокатори синтезу нейромедіаторів додати до води з-під голодних равликів, в якій сидять личинки, то нейрони останніх втратять чутливість до RED-фактору. І личинки стануть розвиватися нормально. Звідси ясно, що саме нейрони апикального органу сприймають хімічний сигнал і змінюють програму розвитку.
Разом з колегами з Німеччини вчені знайшли рецептори до дофаміну і серотоніну на мембранах клітин різних органів і тканин молюсків. І розшифрували механізм, що включає сигнальні G-білки, який гальмує або прискорює розвиток личинок. Деякі клітини-мішені знаходяться в стравоході і кишечнику личинок і впливають на їх розвиток шляхом регуляції харчування.
Перечекати або втекти
Цікаво, що один і той же RED-фактор може як гальмувати, так і прискорювати розвиток личинки. «Якщо личинка отримує сигнал від голодних равликів на ранній стадії розвитку, то воно сповільнюється, щоб можна було пересидіти важкі часи в яйці, - пояснює кореспонденту Infox.ru Леонід Незлин. - Якщо ж личинка в цей момент знаходиться на пізній стадії розвитку, коли поживних речовин в яйці вже майже не залишилося, то пересидіти не вийде. В цьому випадку RED-фактор, навпаки, прискорює розвиток, щоб равлик міг швидше покинути яйце і спробувати піти з поганої зони туди, де є їжа ».
Про голодних часів равлики попереджають своїх сусідів
Можна сказати, що серед мешканців однієї водойми працює взаємовиручка. Хімічні сигнали молюсків розуміють личинки не тільки цього виду, але і інших видів, що живуть по сусідству. Але не всіх.
Як з'ясувалося, найсильніше на сигнали прудовика відповідають види, що харчуються так само, як і він: наприклад, вухатий прудовик, котушка, фіза і деякі інші черевоногі молюски. А у двостулкових молюсків - беззубки, дрейсени - зовсім інший тип харчування: вони фильтратори. І хімічний мову спілкування теж інший, тому що вони не сприймають послання прудовика.
Вчені вважають, що такий спосіб управління личинковим розвитком використовують не тільки прісноводні молюски. Експериментатори показали, що він працює і у морського Поліхети платінереіса і, ймовірно, у інших морських водних тварин. Можливо, хімічна комунікація між батьками і ембріонами - це універсальний механізм регуляції розвитку.