Улитки умеют разговаривать. Причем, молча. Несмотря на это, их сообщения доходят даже до нерожденных личинок, которые мирно развиваются в своих коконах. Особенностями улиточного языка биологи поделились с корреспондентом Infox.ru.
В развитии живого организма из оплодотворенной яйцеклетки еще много загадочного. До недавнего времени ученые считали, что оно происходит по строго заданной программе, и у животных, у которых отложенные яйца развиваются во внешней среде, эмбрионы никак не связаны со своими родителями. Но последние исследования российских биологов показали, что это не так. Оказывается, взрослые пресноводные моллюски общаются со своими личинками и могут затормозить или ускорить их развитие.
Объекты, которые изучали ведущие научные сотрудники Института биологии развития РАН доктор биологических наук Елена Воронежская, доктор биологических наук Леонид Незлин, а также доцент Тульского педагогического университета кандидат биологических наук Марина Хабарова, -- это самые обычные улитки наших водоемов: брюхоногие моллюски большой прудовик и катушка. У них сходный цикл развития. Оплодотворенные яйца они откладывают в виде клейких коконов на листья и стебли водных растений. В яйце образуется личинка-трохофора, которая растет, видоизменяется и постепенно превращается в крошечную улиточку. Причем все стадии развития личинки проходят внутри оболочки яйца, питаясь находящимся в нем запасом питательных веществ. Затем улитка прогрызает в яйце дырку, вылупляется и переходит ко «взрослой» жизни.
Здесь нет еды. Сидите в яйце!
Как рассказали биологи корреспонденту Infox.ru, работали они с «культурными» моллюсками, которые рождаются и вырастают в лаборатории, охотно поедая листья салата или одуванчики. Для эксперимента одну группу прудовиков кормили как обычно, а другую в течение трех дней держали голодными. Затем взяли образцы воды из-под сытых и из-под голодных улиток, отфильтровав от взвешенных частиц. Как пояснили ученые, вода нужна для второй части эксперимента.
В ней участвуют уже не сами моллюски, а их яйца. Их осторожно извлекли из яйцевого кокона и поместили в три чашки Петри. В первую чашку налили воду из-под сытых улиток, во вторую – из-под голодных улиток. В третью, контрольную чашку, налили чистую воду.
Через девять дней биологи посмотрели на результат. Оказалось, что в воде из-под сытых прудовиков, так же как и в контрольной, личинки развились до той стадии, когда они уже выглядят как настоящие крошечные улиточки. А в воде из-под голодных прудовиков зародыши остались практически на той же стадии развития, что и в начале эксперимента. Развитие личинки затормозилось вплоть до полной остановки.
Значит, решили ученые, голодные улитки выделяют в воду какое-то вещество, которое тормозит развитие личинок. «Родители как будто говорят своим будущим детям: подождите развиваться и вылупляться – здесь вам нечего будет есть!» – пояснила корреспонденту Infox.ru Елена Воронежская. Тяжелые времена лучше пересидеть в яйце – а вдруг станет лучше!
Дальнейшие эксперименты показали: чем дольше голодали взрослые моллюски, тем больше вещества они выделяли в воду, и тем сильнее оказывалось его воздействие на личинок.
Поиск химического письма-невидимки
Это таинственное вещество ученые назвали RED-фактором (от Retarding Embrionic Development – тормозящий эмбриональное развитие). О его химической природе на сегодня можно судить лишь по косвенным данным. Когда кводу из-под голодных улиток обрабатывали протеолитическими ферментами, расщепляющими белки, ее тормозящее действие не менялось, а иногда даже усиливалось. А когда в воду добавили липазы – ферменты, расщепляющие жиры, тормозящий эффект пропал. Поэтому ученые предположили, что RED-фактор – это, скорее всего, липопротеин. Причем, его ключевая часть находится в липидной части.
Вот для чего личинке нужен мозг
Нужно было понять, как личинки воспринимают химическое послание от родителей. Биологи решили, что это происходит благодаря так называемому апикальному органу. Он расположен на переднем конце личинок многих беспозвоночных животных. Обычно состоит из хохолка, ресничек и нервных клеток в основании. У личинок прудовика хохолок не выражен, но есть два чувствительных (сенсорных) нейрона. Апикальный орган -- это своеобразный «личиночный мозг». На поздних стадиях развития апикальный орган управляет метаморфозом – переходом от личиночной стадии к ювенильной. Но для чего нужен мозг личинке на ранних стадиях развития, тем более, внутри яйца, никто не знал.
Гипотезу, что именно апикальный орган личинки воспринимает химические сигналы о торможении развития, предстояло доказать. И ученые ее доказали.
Нервные клетки прудовика синтезируют нейромедиатор дофамин, а клетки катушки – серотонин. Если стимулировать их нейроны путем добавления в воду веществ-предшественников этих нейромедиаторов, то развитие личинки замедлится. Если добавить блокаторы синтеза дофамина либо серотонина, то нейроны снизят активность, а развитие личинки ускорится.
Если же блокаторы синтеза нейромедиаторов добавить к воде из-под голодных улиток, в которой сидят личинки, то нейроны последних потеряют чувствительность к RED-фактору. И личинки станут развиваться нормально. Отсюда ясно, что именно нейроны апикального органа воспринимают химический сигнал и меняют программу развития.
Вместе с коллегами из Германии ученые нашли рецепторы к дофамину и серотонину на мембранах клеток разных органов и тканей моллюсков. И расшифровали механизм, включающий сигнальные G-белки, который тормозит либо ускоряет развитие личинок. Некоторые клетки-мишени находятся в пищеводе и кишечнике личинок и влияют на их развитие путем регуляции питания.
Переждать или убежать
Интересно, что один и тот же RED-фактор может как тормозить, так и ускорять развитие личинки. «Если личинка получает сигнал от голодных улиток на ранней стадии развития, то оно замедляется, чтобы можно было пересидеть трудные времена в яйце, – объясняет корреспонденту Infox.ru Леонид Незлин. – Если же личинка в этот момент находится на поздней стадии развития, когда питательных веществ в яйце уже почти не осталось, то пересидеть не получится. В этом случае RED-фактор, наоборот, ускоряет развитие, чтобы улитка могла быстрее покинуть яйцо и попытаться уйти из плохой зоны туда, где есть еда».
О голодных временах улитки предупреждают своих соседей
Можно сказать, что среди обитателей одного водоема работает взаимовыручка. Химические сигналы моллюсков понимают личинки не только этого вида, но и других видов, живущих по соседству. Но не всех.
Как выяснилось, сильнее всего на сигналы прудовика отвечают виды, питающиеся так же, как и он: например, ушастый прудовик, катушка, физа и некоторые другие брюхоногие моллюски. А у двустворчатых моллюсков – беззубки, дрейсены -- совсем другой тип питания: они фильтраторы. И химический язык общения тоже другой, потому что они не воспринимают послание прудовика.
Ученые полагают, что такой способ управления личиночным развитием используют не только пресноводные моллюски. Экспериментаторы показали, что он работает и у морского многощетинкового червя платинереиса и, вероятно, у других морских водных животных. Возможно, химическая коммуникация между родителями и эмбрионами – это универсальный механизм регуляции развития.
