Трихоплакс: как этот организм без мозга и мышц управляет своим телом
Кто такой трихоплакс и как его открыли
О существовании трихоплакса знают чуть более 100 лет. Его даже периодически начинали изучать. Названием он обязан автрийскому зоологу Францу Шульцу, который в 1883 году обнаружил странное существо на стенках морского аквариума при Зоологическом институте города Граца.
Тело трихоплакса — похожая на амебу сплюснутая пластинка толщиной с волос. Существо медленно двигается, постоянно меняя очертания за счет наличия связей между клетками своего верхнего и нижнего слоя, при этом может передвигаться то в одну сторону, то в другую, не поворачиваясь. Трихоплакс даже может ползти в разные стороны — и тогда его разорвет на две части. Ни нервов, ни мускулов у него нет, но он ловко охотится, уходит от опасности и даже «решает», куда ползти.
Проникнуть в тайну этого существа смог биофизик Ману Пракаш. Как-то раз поздним вечером ученый заглянув в микроскоп и понял, что встретил свою новую страсть. Движения существа, оказавшегося под линзами микроскопа, завораживали.
Тысячи крошечных ресничек покрывали нижнюю сторону животного, образуя «липкую волосатую пластинку» — именно за это существо и получило латинское имя Trichoplax adhaerens. Этот странный морской обитатель представляет практически отдельную ветвь на эволюционном древе жизни и обладает самым маленьким геномом среди всех животных. Но Пракаша заинтриговало другое: поразительная грация и эффективность, с которой миллионы клеток двигались как единое целое.
Позже к ученому присоединился аспирант Мэтью Сторм Булл, и они поставили перед собой амбициозную цель — понять, как ранние многоклеточные существа передвигались, искали пищу и размножались задолго до появления нервов и мышц.
Как трихоплакс передвигается
Сначала Пракаш сконструировал специальные микроскопы, чтобы видеть, что происходит снизу и сбоку от обьекта наблюдения. Затем они начали отслеживать траекторию каждой реснички.
Ученые ожидали увидеть классическое плавание: реснички гонят жидкость, как весла. Но реальность оказалась иной. Под микроскопом реснички не скользили и не гребли — они шагали.
Исследователи выявили три типа поведения трихоплакса:
скольжение — когда ресничка едва касается поверхности;
ходьба — ресничка на мгновение прилипает к поверхности, а затем отрывается, как нога;
остановка — когда ресничка застревает.
Оказалось, что правильный баланс между силой удара реснички и сцеплением с поверхностью автоматически рождает ритмичную походку. Никакого внутреннего «часового механизма» или команд из центра не существовало. Как заметил биофизик Саймон Спонберг, реснички не двигаются в такт по приказу — их ведут чисто механические взаимодействия.
Более того, эту ходьбу удалось смоделировать как возбудимую систему. В нейробиологии классический пример такой системы — нейрон: слабый толчок может вызвать мощный импульс. Здесь ту же роль играла высота реснички над поверхностью. Небольшое колебание вызывало лавинную перестройку соседних ресничек, они резко меняли ориентацию или переходили из состояния покоя в движение.
Эту нелинейность ученые сравнили со стайкой птиц или косяком рыб, где каждая особь подчиняется простым правилам, но в итоге вся группа движется слаженно.
Как трихоплакс обходится без мускулов
Когда исследователи соединили математические описания всех ресничек в единую сеть, перед ними открылась захватывающая картина.
Каждая ресничка, прижимаясь к подложке, вызывает крошечную деформацию ткани. Эта деформация передается соседям, словно по сети пружин. В результате по организму бегут волны синхронизации. Реснички поворачиваются, выравниваются или, наоборот, закручиваются в вихри.
Этот вихрь особенно заинтриговал ученых. Обычно такие завихрения возникают в жидкостях, где частицы могут свободно меняться местами. Но клетки трихоплакса жестко зафиксированы в теле — они не могут двигаться друг относительно друга. Однако их реснички создают эффект «твердотельного потока», который позволяет животному мгновенно менять курс.
Иногда система рассеивает полученную энергию без последствий, а иногда — передает сигнал по всему телу, заставляя животное резко повернуть или даже разорваться на две части. Как отмечают специалисты, этот механизм удивительно напоминает работу нашего мозга: мы постоянно фильтруем сигналы, решая, что проигнорировать, а на что отреагировать.
По сути, животное использует стратегию «беги и падай»: когда реснички выровнены, оно движется в сторону пищи; когда ресурс иссякает, вихревой режим помогает развернуться и обследовать новое пространство. Вся информация о среде и собственном положении передается через упругость ткани и трение о поверхность — без единого нервного сигнала.
Выходит, что для сложного поведения не всегда нужен сложный мозг. Иногда достаточно просто физики.
