Forskere afslører evolutionær oprindelse til appetit ved at studere Hydras simple nervesystem
I løbet af evolutionen har levende organismer gradvist udviklet mere komplekse nervesystemer for at koordinere stadigt mere komplekse sensoriske, motoriske og kognitive funktioner og kontrollere den tilhørende adfærd.
For nylig har forskellige forskningsprojekter vist, at selv simple væsner med diffuse nervesystemer kan udvise kompleks neuronal adfærd, for eksempel behandling af visuelle signaler eller såkaldt associeret læring.
Forskere fra celle- og udviklingsbiologigruppen ved Institut for Zoologi ved Kiel Universitet studerer en sådan simpel flercellet organisme, ferskvandspolyppen Hydra.
I tidligere undersøgelser fandt forskerholdet fra Collaborative Research Center (CRC) 1182 "Origin and Function of Metaorganisms" ledet af professor Thomas Bosch sammenhænge mellem Hydras fødeadfærd og de involverede neuroner.
Forskerne identificerede visse nervepopulationer af ferskvandspolyppen, der blandt andet styrer dyrenes mundåbning. I en opfølgende undersøgelse observerede de, at fodrede dyr reagerede forskelligt på madstimuli og viste også reduceret bevægelse efter fodring sammenlignet med udsultede individer.
I et næste trin vil forskerne nu finde ud af, hvordan dyrene integrerer en kompleks metabolisk tilstand såsom mæthed og ændrer deres adfærd i overensstemmelse hermed. I deres undersøgelse var forskerholdet i stand til at bevise, at Hydras nervesystem faktisk kan "måle" den indre metaboliske tilstand.
De fandt ud af, at Hydra har to specifikke og indirekte forbundne nervepopulationer, hvis aktivitet ændrer sig afhængigt af mæthedsfornemmelsen. I lighed med hvirveldyrs meget mere komplekse organismer er en nervepopulation ansvarlig for fordøjelsen og en anden for integrationen af mæthed og ændringer i adfærd.
Tilsammen kan disse fund antyde tidlige stadier af et centraliseret nervesystem. CRC 1182 forskerholdet, som også er aktivt i Collaborative Research Center 1461 "Neurotronics," offentliggjorde sine nye resultater i tidsskriftet Cell Reports .
Mæthedsfølelse i Hydra påvirker fodring og relateret adfærd
Først undersøgte forskerne den direkte indflydelse af fødeindtagelse på Hydras fodringsadfærd. Dyr, der blev fodret med deres naturlige foder, udviste en begrænset reaktion på madstimuli i op til otte timer bagefter og åbnede munden betydeligt langsommere eller slet ikke.
I yderligere eksperimenter observerede forskerholdet yderligere adfærdsændringer, der var indirekte relateret til fødeindtagelse. "For eksempel, efter at have fodret dyrene, viste de en signifikant lavere tiltrækning til lysstimuli og en lige så stærk undertrykkelse af naturlige bevægelsesmønstre.
"En mulighed er, at Hydra bevæger sig mod lyset i søgen efter mad og udfører en saltomortale-lignende bevægelse. Derfor hæmmer mæthedsfornemmelsen disse adfærdsmønstre, da fodrede dyr midlertidigt ikke behøver at søge efter mad," siger Dr. Christoph Giez, forskningsmedarbejder i forskningsgruppen for celle- og udviklingsbiologi.
Nervecellers aktivitet afhænger af den indre metaboliske tilstand
I næste trin undersøgte Kiel-forskerne spørgsmålet om, hvordan den neuronale kontrol af disse omfattende adfærdsmønstre fungerer, og om "sansningen" af den metaboliske tilstand kan detekteres i visse nervecellers aktivitet.
"En specifik nervepopulation i det ydre vævslag viser en øget frekvens under fodring, uanset om der stadig er mad i kropshulen eller ej. Denne aktivitet aftager igen over tid, indtil dyret vender tilbage til normal fodringsadfærd igen," siger Giez .
Aktiviteten af en anden nervepopulation i dyrenes indre vævslag bestemmes af, om der er mad til stede i dyrets fordøjelseskanal eller ej. Deres aktivering ser ud til at være afhængig af mekanisk stimulering af fødevarekomponenterne.
Forskerne udførte yderligere funktionelle eksperimenter for at undersøge en sammenhæng mellem aktiviteten af disse to nervepopulationer i den såkaldte endoderm og ektoderm og dyreadfærd afhængigt af deres mæthed.
Da de eksperimentelt fjernede neuronerne i ektodermen, mistede dyrene evnen til at bevæge sig og orientere sig mod lys. De endodermale nerveceller er på den anden side direkte relateret til fødeindtagelse og udskillelse.
"Vi kunne således udlede, at den ektodermale befolkning hovedsageligt er ansvarlig for bevægelse og for integrationen af stimuli," siger Giez. "Ved at demonstrere denne subfunktionalisering af neuroner i et simpelt system, var vi i stand til at vise, at visse nervepopulationer i Hydra allerede kan påtage sig centrale funktioner svarende til dem i mere komplekse nervesystemer."
Nervepopulationer involveret i fodringsadfærd frigiver hæmmende neuropeptider
Endelig undersøgte forskerholdet, om visse peptider eller neurotransmittere forbundet med fodringsadfærd produceres i forskellig grad i udsultede og mætte hydraer.
"Vi fandt ud af, at et bestemt neuropeptid er betydeligt nedreguleret i mætte dyr. Det var allerede kendt, at denne neurotransmitter også er involveret i at kontrollere dyrenes saltomortale-lignende bevægelse, sammentrækninger og regulering af mæthed hos andre Cnidarians," siger Giez.
Det er muligt, at dette peptid, som kun produceres af de nervepopulationer, der er involveret i fodringsadfærd, spiller en vigtig rolle i appetitreguleringen i Hydra, muligvis ved at spille en rolle i den indirekte kommunikation mellem de indre og ydre nervepopulationer.
Samlet set var forskerne fra CRC 1182 således i stand til at spore den neuronale regulering af mæthed i Hydra hovedsageligt til to nervepopulationer og deres virkninger på et helt spektrum af fodringsrelaterede adfærdsmønstre.
"Dette beviser, at et meget simpelt system såsom ferskvandspolyppens diffuse nervenetværk allerede er i stand til at fornemme noget så komplekst som den indre metaboliske tilstand og kan regulere den relaterede adfærd i overensstemmelse hermed.
"Baseret på disse observationer vil vi være i stand til at lære mere om, hvordan denne modulering virker i mere komplekse organismer og dermed gradvist lære mere om den evolutionære oprindelse af sultfølelsen og dens videre udvikling," siger lederen af forskergruppen. Professor Thomas Bosch.
Flere oplysninger: Christoph Giez et al., Mæthed kontrollerer adfærd i Hydra gennem et samspil mellem præ-enteriske og centralnervesystemlignende neuronpopulationer, Cell Reports (2024). DOI:10.1016/j.celrep.2024.114210
Journaloplysninger: Cellerapporter
Leveret af Kiel University
Varme artikler
-
Hvordan videnskabsmænd overvåger hvalers sundhed ved at bruge droner til at samle deres slagKredit:Macquarie University Macquarie University forskere har ledet design og konstruktion af et nyt system, der kan tilpasses til en specialbygget, vandtæt drone for at prøve hvalens mikrobiota - -
Hvordan planter aktiverer deres immunsystem mod patogener i regnMekaniske stimuli initierer den koncentriske udbredelse af intercellulære calciumbølger væk fra trichomer. Kredit:Yasuomi Tada Mens regn er afgørende for planters overlevelse, indeholder det også b -
Du behøver ikke at være en sød koala for at være en Instagram-influencer. Giv firben og insekter…Mængden af engagementsindlæg med hver gruppe af dyr (taxon) modtaget. Kategorier, der ikke deler bogstaver, er væsentligt forskellige fra hinanden, f.eks. pattedyr (b) modtog større engagement end h -
Hvorfor ville forskere gerne oprette et hybrid menneske-ko-embryo?Mikroskopisk 10x visning af en koloni af embryonale stamceller (stamcellekolonierne er de afrundede, tætte cellemasser.) Foto høflighed University of Wisconsin Board of Regents Denne uge, en gruppe L
- Molekylær lokkemad kan hjælpe hydrogeler med at hele sår
- Vejret under tragedie af bjergløb blev forudsagt, men dens virkning var det ikke
- Familien samles til privat afsendelse af astronauten John Glenn
- Mantelstenen bag Yellowstones superudbrud strækker sig til det nordlige Californien
- Fysiske tilpasninger af rundorms
- En varm Jupiter, der kredser om en kølig stjerne