Jak nasz świat zewnętrzny zwrócił się do środka
Układ nerwowy, który wyrasta z mózgu, może wydawać się niezrozumiałą plątaniną. Anatomowie jednak dzielą to pięknie na dwie części. Jedna część jest skierowano na świat zewnętrzny, podczas gdy druga zwraca się do środka.
Nerwy somatyczne przyjmują informację czuciową ze świata zewnętrznego poprzez nasze oczy, nos, uszy i skórę. Przekazują także polecenia poruszania mięśniami. Są zasadnicze dla naszego reagowania na świat zewnętrzny. Z drugiej strony, nerwy autonomiczne (wegetatywne) wykrywają informacje o naszym stanie wewnętrznym. Wyczuwają ciśnienie krwi, mdłości w żołądku, a także poziom tlenu w naszych ciałach. Wysyłają także sygnały do tych narządów, powodując gwałtowne bicie serca, gwałtowny oddech i wymioty.
Prześledzenie ewolucji naszego układu nerwowego jest szczególnie trudne. Zęby i kości pozostawiają solidne skamieniałości, które zawierają wskazówki, co do tego, jakie wcześniejsze formy dały początek późniejszym – na przykład, płetwa ryby stająca się stopą. Neurony rozpuszczają się po śmierci. Mózg z jego konsystencją budyniu pozostawia jedynie pustą jamę. Ta jama może powiedzieć naukowcom wiele o rozmiarach i kształcie mózgu, ale niewiele o funkcjach mózgu. Otwory, przez które neurony przechodzą przez czaszkę i inne kości, oferują najbardziej skąpe z napomknień o tym, jakie sygnały przekazywały za życia.
Naukowcy mogą dodać do tych ubogich napomknień skamieniałości przez porównania z żyjącymi zwierzętami. Ludzie i inne żyjące naczelne mają w mózgach pewne cechy wspólne, których nie mają inne zwierzęta. Na przykład, pojawienie się naszych przodków naczelnych 60 milionów lat temu było zaznaczone przez masywną ekspansję kory wzrokowej.
Nomaksteinsky i jego koledzy użyli innej metody do zbadania ewolucji naszego układu nerwowego. Nerwy somatyczne i autonomiczne w naszych ciałach mają wyróżniające się profile molekularne. Każdy typ tworzy własną kombinację białek do wykonywania własnego zadania. Na przykład, niemal wszystkie nerwy autonomiczne wytwarzają białko Phox2B. Nerwy somatyczne, które przekazują informację czuciową, wszystkie wytwarzają białko nazywane Brn3.
Naukowcy zastanawiali się, czy mogą znaleźć neuron z tymi profilami molekularnymi u odlegle spokrewnionych zwierząt. Postanowili popatrzeć na ślimaka i pokrewny gatunek o nazwie Aplysia. Oba gatunki są mięczakami, które siedzą na gałęzi ewolucyjnego drzewa zwierząt daleko od nas. Wspólny przodek nas i mięczaków żył około 600 milionów lat temu, na wczesnym etapie ewolucji zwierząt.
Nomaksteinsky i jego koledzy znaleźli wersje Phox2b, Brn3 i innych markerów nerwów somatycznych i autonomicznych u mięczaków. Co więcej, znaleźli dwa rodzaje markerów w dwóch odrębnych zestawach neuronów. Jest to dość niezwykłe, jeśli pomyślisz, jak różne są nasze układy nerwowe. My, ludzie, i inne kręgowce mamy jeden duży mózg w głowie, z którego wychodzi układ neuronów. Mięczaki mają zbiór neuronów w głowie, ale mają także zbiory w innych częściach ciała, wszystkie powiązane w coś, co wygląda jak skomplikowana plątanina.
Kiedy jednak popatrzysz, co te dwa rodzaje neuronów robią w mięczakach, wyłaniają się pewne podobieństwa. Pewne neurony mięczaków o profilu „somatycznym” są wrażliwe na dotyk i ból – tak jak niektóre nasze neurony somatyczne. Pewne neurony mięczaków o profilu „autonomicznym” kontrolują syfon, jakiego używają do wsysania wody, by odfiltrować pokarm. To jest rodzaj funkcji, jaką nasze nerwy autonomiczne wykonują z naszymi płucami i przewodem trawiennym.
Te wyniki sugerują, że układ nerwowy ślimaka podzielony jest między świat zewnętrzny i wewnętrzny bardzo podobnie do naszego. Profil molekularny ich neuronów sugeruje, że podział nie wyewoluował niezależnie – raz w mięczakach i raz w kręgowcach. Powstał raczej w naszym wspólnym przodku – małym robakokształtnym stworzeniu, które pełzało po dnie oceanu.
W komentarzu do artykułu Paola Bertucci i Detlev Arendt z European Molecular Biology Laboratory spekulują o tym, jak mogły powstać te dwie części układu nerwowego. U nas autonomiczny układ nerwowy wyczuwa wewnętrzny stan chemiczny w naszych ciałach. Ale dla oceanicznego robaka 600 milionów lat temu ten rodzaj informacji był ważny również dla wyczuwania środowiska zewnętrznego – pH wody morskiej, poziomu zasolenia, poziomu tlenu i tak dalej. Być może, cały układ nerwowy był początkowo skierowany na zewnątrz. Dopiero później wyewoluował, by powiedzieć nam o naszym świecie wewnętrznym.
How Our Outside World Turned Inward
The Loom, 8 maja 2013
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
Wielokrotnie nagradzany amerykański dziennikarz naukowy publikujący często na łamach „New York Times” „National Geographic” i innych pism. Autor 13 książek, w tym „Parasite Rex” oraz „The Tanglend Bank: An introduction to Evolution”. Prowadzi blog The Loom publikowany przy „National Geographic”.