Американські і китайські біологи показали, що нематоди можуть сприймати звук, незважаючи на те, що у них немає морфологічно відокремлених органів слуху. При цьому роль барабанної перепонки відіграє кутикула - покриви хробаків. У роботі, опублікованій в журналі, дослідники відзначають, що слух може бути більш широко поширений серед безхребетних, ніж вважалося раніше.
Тварини сприймають сигнали зовнішнього і внутрішнього середовища за допомогою сенсорних систем, серед яких найбільш поширені органи зору, зобов'язання, нюху, смаку і проприорецепції. При цьому звична для людей слухова сенсорна система характерна тільки для декількох груп тварин: хребетних і деяких членистоногих. Також передбачається, що слухом можуть володіти і головоногі молюски.
- один з найпопулярніших модельних об'єктів в біології, в тому числі і при вивченні сенсорних систем. Наприклад, кілька років тому вчені показали, що ці нематоди володіють проприорєцепцією, а також проявляють негативний фототаксис, незважаючи на відсутність очей.
Основне середовище проживання - гниючі рослинні залишки, а не ґрунт, як вважалося раніше. У такому середовищі зустрічається велика кількість хижаків, зокрема різні членистоногі, які можуть видавати досить гучні звуки. З цієї причини Адам Іліфф (Adam J. Iliff) з Мічиганського університету та його колеги з Китаю і США вирішили перевірити, чи реагують ці нематоди на звукові коливання повітря.
За допомогою звукового генератора біологи стимулювали звуком різні ділянки тіла хробаків. Виявилося, що хробаки проявляли негативний фонотаксис - уникали джерела звуку.
Для того щоб виключити реакцію нематод на коливання субстрату, дослідники вивчили поведінку хробаків з мутацією в гені, яка призводить до дегенерації механосенсорних нейронів, відповідальних за сприйняття вібрації субстрату. Виявилося, що і такі мутанти проявляли негативний фонотаксис. Додатково дослідники виміряли вібрацію субстрату за допомогою лазерної віброметрії і виявили, що звук викликає мінімальні коливання в субстраті.
Потім вчені вирішили з'ясувати, яким чином звук активує поведінку фонотаксису. Для цього вони знову використовували лазерну віброметрію, яка показала, що кутикула хробаків вібрує у відповідь на звук. Біологи припустили, що кутикула виступає аналогом барабанної перепонки хребетних і перепонки тімпанальних органів комах. Вчені перевірили це припущення, вивчивши поведінку нематод з мутаціями в генах, і, що викликають порушення структури кутикули. З'ясувалося, що такі мутанти практично не реагували на звукові коливання.
Адам Іліфф з колегами встановили, що за фонотаксисну поведінку відповідають механосенсорні нейрони FLP і PVD. Вчені з'ясували, що центральну роль у перетворенні звукових сигналів відіграють суб'єдиниці DES-2/DEG-3 нікотинового ацетилхолінового рецептора. При цьому виявилося, що ацетилхолін не бере участі в передачі сигналу, оскільки мутанти за генами і, у яких відсутній синтез ацетилхоліну, проявляли нормальну реакцію на звукові стимули.
Вчені припускають, що DES-2/DEG-3 виступають пороутворюючими суб'єдиницями канального комплексу механотрансдукції, який перетворює звукові хвилі на нервовий імпульс. Цим нематоди відрізняються від комах і хребетних, у яких таку функцію виконують канали TRP і TMC відповідно.
В експериментах нематоди реагували на звук з частотою від 100 до 5000 герц. Біологи відзначають, що частотний діапазон ширший, ніж у деяких хребетних, таких як риби або черепахи.
На думку авторів, отримані результати підтверджують уявлення про те, що органи слуху незалежно виникали у тварин в процесі еволюції, на відміну від органів зору, які у білатеральних тварин, ймовірно, мають спільне походження.
Також автори роботи припустили, що аналогічним чином сприймати звук можуть і інші безхребетні з м'яким тілом, такі як молюски, кільчасті і плоскі хробаки.
Раніше ми писали про те, як американські біологи за допомогою ультразвуку навчилися керувати активністю нейронів.