Curacao

Curacao.nu is de toonaangevende aanbieder van Nederlands kwaliteitsnieuws in het Nederlands voor alle doelgroepen.

Hoe voelt een hydra zonder hoofd aan, reageert op de tintelingen?

Onderzoekers van Rice University en de University of California, Davis, hebben overtollige neurale netwerken in de kwalachtige zoetwaterhydra geïdentificeerd door ze te modificeren en vervolgens vast te leggen in microfluïdische apparaten om te worden gecomprimeerd en geïnduceerd. Het werk is een stap in de richting van het modelleren van hoe interne toestanden en externe stimuli het gedrag van een organisme met een zeer dynamische neurale structuur vormen. Krediet: Jeff Fitlow/Rice University

Zelfs de eenvoudigste wezens zien er buitengewoon complex uit als je onder de oppervlakte kijkt. Gelukkig maakt Hydra dit onderdeel gemakkelijk.


Rijst elektro- en computeringenieur Jacob Robinson en hoofdauteur en afgestudeerd Krishna Padewala van de Brown School of Engineering van de universiteit maken gebruik van dierlijke transparantie om het moeilijke deel te doen, door opmerkelijk kleine en veerkrachtige wezens op bijna alle mogelijke manieren te manipuleren om te leren hoe ze het moeten doen. Voel de aanraking.

Hun uitgebreide analyse van hydra In het open access tijdschrift eLife, in samenwerking met bioloog Celina Giuliano en promovendus Abby Primack van de University of California, Davis, is een kleine stap naar begrip neurale netwerken in alle levende wezens.

Hydra vulgaris, zoetwaterholten die eruitzien als poliepen van miniatuurkwallen, zetten uit en krimpen in terwijl ze door hun omgeving navigeren, maar ze kunnen ook ertoe worden gebracht dit te doen door ze een por te geven. Het laboratorium van Rice heeft de afgelopen tien jaar zeer gespecialiseerde apparatuur ontwikkeld om dit te doen, waarbij dieren tijdelijk worden beperkt tot een microfluïdisch apparaatkanaal om gelijktijdige beelden en gegevens vast te leggen over hun spier- en neurale reacties.

Daar kan de hydra fysiek worden gestimuleerd met een gecontroleerde hoeveelheid kracht om het te laten samentrekken. Voor de nieuwe studie hebben onderzoekers Hydra genetisch gemodificeerd om a groen fluorescerend eiwit Wanneer geassocieerde neuronen worden geactiveerd, worden groepen van die neuronen – en zelfs lichaamsdelen – verwijderd om te zien hoe de netwerken reageren wanneer de dieren gestrest zijn.

Hun doel was om een ​​model te bouwen van hoe interne toestanden en externe stimuli het gedrag van een organisme met een zeer dynamische neurale structuur vormgeven.

“We moeten de basis leggen van hoe dieren zoals hydra functioneren, in termen van hun neurobiologie, zodat we vergelijkingen kunnen maken met echt verschillende dieren”, zegt Robinson, die deel uitmaakt van het Rice Neuroengineering Initiative. “Ik kon zien dat er over vijf of tien jaar heel veel interessante vragen zouden zijn die we zouden kunnen beantwoorden nu we een aantal basisprincipes hebben vastgelegd.”

De neuronen van de hydra zijn geconcentreerd in het orale gebied (grenzend aan de klauwen) en het niet-orale gebied (rond de “voet”), maar onderzoekers hebben twee verschillende soorten neuronen geïdentificeerd – “mechanisch responsief” en eerder ontdekte “systolische bursts”. ” van neuronen – verdeeld over de lichamen. Dit hielp bij het verklaren van de verschillende schietpatronen die ze ontdekten, afhankelijk van of de Hydra spontaan samentrad of mechanisch werd geactiveerd.

Krediet: Rice University

De onderzoekers ontdekten ook dat zowel de orale als de hyphal-regio een rol spelen bij spontane contracties. Het mondgebied, ook wel de hypostoom genoemd, is belangrijker; Omdat het de motorische respons lijkt te orkestreren, leerden ze dat het verwijderen van de hypostoom de respons van Hydra op inductie aanzienlijk vermindert.

Het extralaterale gebied, ook bekend als de steel, lijkt een hoge concentratie motorneuronen te bevatten die betrokken zijn bij contractie, wat blijkt uit calciumnetwerken die vanaf de voet naar boven worden geactiveerd wanneer ze worden gestimuleerd door spiertrekkingen of door een “hoofdloze hydra” te induceren.

Het meest intrigerende was het bewijs dat wanneer een of ander Hydra-netwerk werd verwijderd of in tweeën werd gesneden, de resterende neuronen de speling oppikten om op zijn minst de rudimentaire functie te behouden en/of de ontbrekende segmenten te regenereren.

“Toen we de hydra begonnen te bestuderen, wilden we zoveel mogelijk begrijpen hoe het werkt, en de overeenkomsten en verschillen in vergelijking met andere dieren,” zei Robinson. “Een van de dingen die we niet wisten, waren de specifieke soorten neurale structuren. Vooral Hydra heeft een gedistribueerd neuraal netwerk en we wilden weten of bepaalde regio’s van het dier informatie op een centrale manier verwerken, of dat alle neuronen zijn een soort van hetzelfde.” .

Het blijkt dat de orale en labrale netwerken enigszins verschillen in de manier waarop ze verschillende aspecten van de hydra regelen. “Maar er lijkt enige redundantie en verwerking van sensorische informatie te zijn, die we ook bij andere dieren zien,” zei hij. “Dit idee van herhaling is erg belangrijk voor het overleven van dieren, dus we zien het vrij vaak opduiken waar we ook kijken.”

Hoewel de radiale zenuwstelsels in Hydra fundamenteel verschillen van de netwerken in binaire organismen zoals zoogdieren, zijn er overeenkomsten in de manier waarop al deze systemen de werklast delen wanneer dat nodig is.

“Ik zie het graag op deze manier: laten we eens kijken naar alle gekke dingen die zenuwstelsels kunnen doen die vanuit hetzelfde startpunt zijn geëvolueerd,” zei Robinson. “Hierdoor kunnen we basisprincipes identificeren die moeilijk te vinden zijn bij knaagdieren en mensen, omdat ze mogelijk worden verduisterd door andere dingen die we in de loop van de tijd hebben ontwikkeld.”

Robinson zei dat neurowetenschappers die verder kijken dan traditionele kleine organismen – knaagdieren, wormen, zebravissen en fruitvliegen – het meest geïnteresseerd zouden zijn in de bevindingen van Hydra. “Er is een erkenning dat we onze keuzes voor de dieren die we bestuderen echt moeten diversifiëren,” zei hij.

Ook buiten het dierenrijk zijn er sporen van wetenschappelijke initiatieven. “Dat dit specifieke type zenuwstelsel volledig kan herstellen, doet me geloven dat er principes zijn over wat het netwerk stabiel maakt,” zei Robinson. “Het kan worden toegepast om elektriciteitsnetten of internet te stabiliseren, geïnspireerd door de natuur.”


Hoe kunnen omgevingssignalen het gedrag beïnvloeden?


meer informatie:
Krishna N. Padewala et al., Meerdere neurale netwerken orkestreren geautomatiseerd Hydra zintuiglijk gedrag, eLife (2021). DOI: 10.7554 / eLife.64108

Journaal informatie:
eLife

Introductie van
Rijst Universiteit

de Quote: Hoe een onthoofde hydra zich voelt, reageert op inductie (2021, 2 augustus). Opgehaald op 2 augustus 2021 van https://phys.org/news/2021-08-headless-hydra-react-prodding.html

Op dit document rust copyright. Niettegenstaande elke eerlijke handel met het oog op eigen studie of onderzoek, mag geen enkel deel worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud is uitsluitend bedoeld voor informatieve doeleinden.

READ  Maan 'wankelt', klimaatverandering zal recordoverstromingen veroorzaken: Studie

Sophia Curtis

"Reizende ninja. Onruststoker. Spekonderzoeker. Expert in extreme alcohol. Verdediger van zombies."

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Back to top