水母可能是無腦的,但是他們可以通過簡單的神經系統進行出人意料的複雜事情。現在,通過擺弄水母的基因,研究人員設計了一種窺探動物內部起作用的方法。
在新研究中,研究人員使用水母物種創建了一個模型克萊蒂亞半球,一種透明的傘狀水母,其中心有管狀的嘴。少年的水母的長度僅為0.4英寸(1厘米)的直徑,這意味著團隊可以將整個水母放在顯微鏡下,並觀察其整個神經系統立刻。
而人腦水母是人體的集中控制中心,在其神經系統中沒有這種結構。取而代之的是,許多水母帶有瀰漫性的“淨”神經,從其身體的中心對稱地輻射。此外,它們還有一個神經環,圍繞著鈴鐺的底部 - 水母的半月形部分。根據《雜誌》中的一份報告,一些水母缺乏神經網,只有神經環。當前的生物學, 但C.半球具有這兩種結構。
最大的問題是,對於他們的運動沒有集中控制,這些青少年水母如何執行協調的行為?例如,Blobby Critter如何從水柱上搶走蝦,然後將零食折疊到其管狀嘴中?
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為了回答這個問題,團隊提出了一批C.半球與遺傳修飾該編碼為一種稱為GCAMP的蛋白質,該蛋白質在接觸時發光綠色鈣。
特殊的發光蛋白被插入水母的位置基因組第一作者布蘭登·魏斯伯德(Brandon Weissbourd)說生物學加利福尼亞理工學院的生物工程。魏斯堡在一封電子郵件中對Live Science表示:“當神經元活躍時,神經元內的鈣量會增加,因此GCAMP變得更加熒光。這意味著神經活動看起來像閃爍。”
但是水母自然發光。因此,為了更清楚地看到他們的工程設計,團隊使用了CRISPR他說,要刪除一種特定的基因,該基因產生了不同的熒光蛋白,該基因不斷超過它們所插入的GCAMP。
因此,由於它們的水母變成了微型光,該團隊進行了許多實驗,以查看在典型的餵養行為期間哪些神經元點亮。他們發現,當水母鎖在鹽水蝦上,或與團隊製造的“蝦提取物”接觸時,一群神經元在蝦附近突然照亮。
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這種激活並沒有在整個水母中蕩漾,就像一塊石頭上的石頭如何在整個表面上散發漣漪。相反,只有一個明確的楔形區域內的神經元才能響應稀有的小吃。這種活躍神經元的楔形像在圓形派中的單個披薩片一樣,根據聲明。團隊發現,最接近蝦的神經元首先點燃,然後一系列頻閃的燈光照亮了其餘的切片。
因此,例如,如果將蝦放在披薩片的遠端,將蝦放在其“地殼”上,則外殼將首先點亮,然後是其餘的切片。這種連鎖反應與水母在鈴鐺的角落折疊起來,以將蝦放到嘴裡。
魏斯伯德說,團隊沒想到會在看似非結構化的神經網中觀察到這種組織水平。他說:“網絡中內在結構的發現無疑令人驚訝。”
展望未來,該團隊計劃調查水母如何對其所有行為施加控制,而不僅僅是餵養,他們計劃研究不同種類的水母,這些水母會執行不同的行為C.半球,魏斯堡說。例如,儘管有些水母執行類似的食物行為C.半球相反,其他人則使用遠程的口徑從觸角中摘下食物。 “鑑於水母的多樣性,其中許多是小而透明的,我認為他們將來可以提供一個令人興奮的平台,以了解神經系統的發展。”
這些對水母的研究還可以闡明從最簡單到最複雜的所有神經系統的基本原理。魏斯堡告訴《現場科學》:“想法是開發實驗性和理論方法,以理解更簡單的神經系統如何成為理解人腦的一步,這是更複雜的數量級。”
該小組於11月24日在《雜誌》上發表了他們的發現細胞。
最初發表在現場科學上。