Si të lexoni mendjen e një kandili deti

Truri i njeriut ka 100 miliardë neurone, duke bërë 100 trilion lidhje. Të kuptuarit e qarqeve të sakta të qelizave të trurit që orkestrojnë të gjitha sjelljet tona të përditshme – të tilla si lëvizja e gjymtyrëve, reagimi ndaj frikës dhe emocioneve të tjera, e kështu me radhë – është një enigmë tepër komplekse për neuroshkencëtarët. Por tani, pyetjet themelore në lidhje me neuroshkencën e sjelljes mund të marrin përgjigje përmes një organizmi model të ri dhe shumë më të thjeshtë: kandil deti të vogël.

Studiuesit e Caltech-it kanë zhvilluar tani një lloj kuti mjetesh gjenetike të përshtatura për të ndërthurur me Clytia hemisphaerica, një lloj kandili deti me diametër rreth 1 centimetër kur rritet plotësisht. Duke përdorur këtë paketë veglash, krijesat e vogla janë modifikuar gjenetikisht në mënyrë që neuronet e tyre të shkëlqejnë individualisht me dritë fluoreshente kur aktivizohen. Për shkak se një kandil deti është transparent, studiuesit më pas mund të shikojnë shkëlqimin e aktivitetit nervor të kafshës teksa ajo sillet natyrshëm. Me fjalë të tjera, ekipi mund të lexojë mendjen e një kandili deti ndërsa ushqehet, noton, u shmanget grabitqarëve dhe më shumë, në mënyrë që të kuptojë se si truri relativisht i thjeshtë i kafshës koordinon sjelljet e tij.

Një punim që përshkruan studimin e ri shfaqet në revistën Cell më 24 nëntor. Hulumtimi u krye kryesisht në laboratorin e David J. Anderson, Seymour Benzer Profesor i Biologjisë, Tianqiao dhe Kryetarja e Udhëheqjes së Institutit për Neuroshkencën Chrissy Chen, hetues i Institutit Mjekësor Howard Hughes , dhe drejtor i Institutit Tianqiao dhe Chrissy Chen për Neuroshkencën.

Kur bëhet fjalë për organizmat model të përdorur në laboratorë, kandil deti është një ndryshim ekstrem. Krimbat, mizat, peshqit dhe minjtë – disa nga organizmat model laboratorik më të përdorur – janë të gjithë të lidhur më ngushtë, duke folur gjenetikisht, me njëri-tjetrin sesa me një kandil deti. Në fakt, krimbat janë evolucionarisht më afër njerëzve sesa me kandil deti.

“Këndi deti është një pikë e rëndësishme krahasimi, sepse ato janë të lidhura shumë larg,” thotë Brady Weissbourd, studiues postdoktoral dhe autori i parë i studimit. “Ata na lejojnë të bëjmë pyetje si, a ka parime të neuroshkencës të përbashkëta në të gjitha sistemet nervore? Ose, si mund të dukeshin sistemet e para nervore? Duke eksploruar natyrën më gjerësisht, ne mund të zbulojmë gjithashtu risi të dobishme biologjike. E rëndësishmja, shumë kandil deti janë të vogla dhe transparente, gjë që i bën ato platforma emocionuese për neuroshkencën e sistemeve. Kjo ndodh sepse ka mjete të reja të mahnitshme për imazhin dhe manipulimin e aktivitetit nervor duke përdorur dritën, dhe ju mund të vendosni një kandil deti të tërë të gjallë nën një mikroskop dhe të keni akses në të gjithë sistemin nervor në një herë.”

Në vend që të përqendrohet në një pjesë të trupit si truri ynë, truri i kandilit të detit shpërndahet në të gjithë trupin e kafshës si një rrjetë. Pjesët e ndryshme të trupit të një kandili deti mund të funksionojnë në dukje në mënyrë autonome, pa kontroll të centralizuar; për shembull, një gojë e kandil deti i hequr me kirurgji mund të vazhdojë të “ngrënë” edhe pa pjesën tjetër të trupit të kafshës.

Ky plan i decentralizuar i trupit duket të jetë një strategji evolucionare shumë e suksesshme, pasi kandil deti ka vazhduar në të gjithë mbretërinë e kafshëve për qindra miliona vjet. Por si i koordinon dhe orkestron sjelljet sistemi nervor i decentralizuar i kandil deti?

Pas zhvillimit të mjeteve gjenetike për të punuar me Clytia, studiuesit fillimisht ekzaminuan qarqet nervore që qëndrojnë në bazë të sjelljeve të ushqyerjes së kafshës. Kur Clytia kap një karkalec me shëllirë në një tentakulë, ajo e palos trupin e saj në mënyrë që ta çojë tentakulën në gojë dhe njëkohësisht e përkul gojën drejt tentakulës. Ekipi synoi të përgjigjej: Si e koordinon truri i kandilit të detit, në dukje i pastrukturuar dhe simetrik radikal, këtë palosje të drejtuar të trupit të kandilit?

Duke ekzaminuar reaksionet zinxhir të ndezur që ndodhin në neuronet e kafshëve ndërsa hanin, ekipi përcaktoi se një nënrrjet neuronesh që prodhon një neuropeptid të veçantë (një molekulë e prodhuar nga neuronet) është përgjegjëse për palosjen e brendshme të trupit të lokalizuar në hapësirë. Për më tepër, megjithëse rrjeti i neuroneve të kandil deti fillimisht dukej i përhapur dhe i pastrukturuar, studiuesit gjetën një shkallë befasuese organizimi që u bë e dukshme vetëm me sistemin e tyre fluoreshent.

“Eksperimentet tona zbuluan se rrjeti në dukje i përhapur i neuroneve që qëndron në themel të ombrellës rrethore të kandil deti është në fakt i ndarë në pjesë të neuroneve aktive, të organizuara në copa si feta pice,” shpjegon Anderson. “Kur një kandil deti kap një karkalec me shëllirë me një tentakulë, neuronet në ‘fetën e picës’ më të afërt me atë tentakulë do të aktivizoheshin fillimisht, gjë që nga ana tjetër bëri që ajo pjesë e ombrellës të palosej nga brenda, duke e çuar karkalecin në gojë. Ky nivel i organizimit nervor është plotësisht i padukshëm nëse shikoni anatominë e një kandil deti, madje edhe me mikroskop.Duhet të jeni në gjendje të vizualizoni neuronet aktive në mënyrë që ta shihni atë – gjë që mund të bëjmë me sistemin tonë të ri. “

Weissbourd thekson se kjo është vetëm gërvishtje e sipërfaqes së të kuptuarit të repertorit të plotë të sjelljeve të kandil deti. “Në punën e ardhshme, ne do të dëshironim ta përdorim këtë kandil deti si një platformë të lëvizshme për të kuptuar saktësisht se si sjellja gjenerohet nga sisteme të tëra nervore,” thotë ai. “Në kontekstin e kalimit të ushqimit, të kuptuarit se si tentakulat, ombrella dhe goja të gjitha koordinohen me njëra-tjetrën, na lejon të kuptojmë probleme më të përgjithshme të funksionit të modularitetit brenda sistemeve nervore dhe se si module të tilla koordinohen me njëri-tjetrin. Qëllimi përfundimtar është jo vetëm për të kuptuar sistemin nervor të kandil deti, por për ta përdorur atë si një trampolinë për të kuptuar sistemet më komplekse në të ardhmen.”

Sistemi i ri i modelit është i thjeshtë për t’u përdorur nga studiuesit kudo. Prejardhja e kandil deti mund të ruhet në ujin artificial të detit në një mjedis laboratorik dhe t’u dërgohet bashkëpunëtorëve që janë të interesuar t’u përgjigjen pyetjeve duke përdorur kafshët e vogla.

Punimi titullohet “Një model i kandil deti i përpunueshëm gjenetikisht për sistemet dhe neuroshkencën evolucionare”.

Përveç Weissbourd dhe Anderson, bashkëautorë shtesë janë Tsuyoshi Momose i Universitetit të Sorbonës në Francë, studentja e diplomuar Aditya Nair, ish-studiuesja postdoktorale Ann Kennedy (tani një asistent profesor në Universitetin Northwestern) dhe ish-teknikja kërkimore Bridgett Hunt. Financimi u sigurua nga Qendra Caltech për Shkencën Evolutionary, Qendra Whitman e Laboratorit Biologjik Detar, Fondacioni i Kërkimeve të Shkencave të Jetës dhe Instituti Mjekësor Howard Hughes.