Cum își controlează apetitul creaturile fără creier

Hraneste-ma! —

Sistemele separate înregistrează atunci când animalele au mâncat și controlează comportamentele de hrănire.

Hidra este un microorganism cu aspect lovecraftian, cu o gură înconjurată de tentacule la un capăt, un corp alungit și un picior la celălalt capăt. Nu are creier sau sistem nervos centralizat. În ciuda lipsei oricăruia dintre aceste lucruri, încă poate simți foame și sațietate. Cum pot aceste creaturi să știe când le este foame și să își dea seama când s-au săturat?

Deși le lipsește creier, hidra are un sistem nervos. Cercetătorii de la Universitatea Kiel din Germania au descoperit că au o populație neuronală endodermică (în tractul digestiv) și ectodermic (în stratul exterior al animalului), ambele care îi ajută să reacționeze la stimulii alimentari. Neuronii ectodermici controlează funcțiile fiziologice, cum ar fi deplasarea către hrană, în timp ce neuronii endodermici sunt asociați cu comportamentul de hrănire, cum ar fi deschiderea gurii, care, de asemenea, vomită orice nu este digerabil.

Chiar și un astfel de sistem nervos limitat este capabil de unele funcții surprinzător de complexe. Hydras ar putea chiar să ne ofere câteva perspective asupra modului în care a evoluat apetitul și cum au fost etapele evolutive timpurii ale sistemului nervos central.

Nu, mulțumesc, sunt plin

Înainte de a afla cum sistemul nervos al hidrei controlează foamea, cercetătorii s-au concentrat pe ceea ce provoacă cea mai puternică senzație de sațietate, sau de sațietate, la animale. Au fost hrăniți cu creveți de saramură Artemia salina, care este printre prada lor obișnuită și expus la glutationul antioxidant. Studii anterioare au sugerat că glutationul declanșează comportamentul de hrănire în hidre, făcându-le să-și curleagă tentaculele spre gură ca și cum ar înghiți prada.

Hidra hrănită cu la fel de mult Artemia după cum puteau mânca, li sa dat glutation, în timp ce celuilalt grup a primit doar glutation și nicio hrană reală. Foamea era măsurată după cât de repede și cât de des deschideau gura.

S-a dovedit că primul grup, care se îngrămăsese deja cu creveți, nu a arătat aproape niciun răspuns la glutation la opt ore după ce a fost hrănit. Gurile lor abia s-au deschis – și încet, dacă da – pentru că nu le era suficient de foame nici măcar pentru un declanșator de hrănire precum glutationul pentru a-i face să simtă că au nevoie de secunde.

Abia la 14 ore după hrănire, hidra care mâncase creveți a deschis gura suficient de larg și suficient de repede pentru a indica foamea. Cu toate acestea, cei care nu au fost hrăniți și au fost expuși doar la glutation au început să dea semne de foame la numai patru ore după expunere. Deschiderea gurii nu a fost singurul comportament provocat de foame, deoarece și animalele înfometate s-au răsturnat prin apă și s-au îndreptat spre lumină, comportamente asociate cu căutarea hranei. Animalele săturate se opreau să se agațe și se agățau de peretele rezervorului în care se aflau până când le era din nou foame.

Mâncarea pe „creier”

După ce a observat schimbările comportamentale ale hidrei, echipa de cercetare a analizat activitatea neuronală din spatele acestor comportamente. Ei s-au concentrat pe două populații neuronale, populația ectodermică cunoscută sub numele de N3 și populația endodermică cunoscută sub numele de N4, ambele cunoscute ca fiind implicate în foame și sațietate. Deși se știa că acestea influențează răspunsurile la hrănirea hidrelor, până acum nu se știa exact cum au fost implicate.

Hidra are neuroni N3 pe tot corpul lor, în special în picior. Semnalele de la acești neuroni îi spun animalului că a mâncat suficient și că se confruntă cu sațietate. Frecvența acestor semnale a scăzut pe măsură ce animalele au devenit mai înfometate și au afișat mai multe comportamente asociate cu foamea. Frecvența semnalelor N3 nu s-a schimbat la animalele care au fost expuse doar la glutation și nu au fost hrănite, iar aceste hidre s-au comportat la fel ca animalele care au rămas fără hrană pentru o perioadă lungă de timp. Abia atunci când li s-a dat hrană reală, frecvența semnalului N3 a crescut.

„Populația neuronală ectodermală N3 nu răspunde doar la sațietate prin creșterea activității neuronale, dar controlează și comportamentele care s-au schimbat din cauza hrănirii”, au spus cercetătorii în cadrul lor. studiucare a fost publicat recent în Cell Reports.

Deși s-a observat că neuronii N4 comunică indirect cu populația N3 în prezența alimentelor, s-a descoperit că aceștia influențează comportamentul alimentar prin reglarea cât de larg își deschideau gura hidrele și cât de mult le țineau deschise. Frecvența mai scăzută a semnalelor N4 a fost observată în hidre care au fost înfometate sau expuse doar la glutation. Frecvența mai mare a semnalelor N4 a fost asociată cu animalele care își țin gura închisă.

Deci, ce ne poate spune activitatea neuronală a unei creaturi minuscule, fără creier, despre evoluția propriului nostru creier complex?

Cercetătorii cred că sistemul nervos simplu al hidrei poate fi paralel cu sistemele nervoase central și enteric (în intestin) mult mai complexe pe care le avem. În timp ce N3 și N4 funcționează independent, există încă o anumită interacțiune între ele. Echipa sugerează, de asemenea, că modul în care N4 reglează comportamentul alimentar al hidrei este similar cu modul în care sunt reglementate tractul digestiv al mamiferelor.

„O arhitectură similară a circuitelor neuronale care controlează apetitul/sațietatea poate fi găsită și la șoareci, unde neuronii enterici, împreună cu sistemul nervos central, controlează deschiderea gurii”, au spus ei în același timp. studiu.

Poate, într-un fel, chiar gândim cu instinctul nostru.

Cell Reports, 2024. DOI: 10.1016/j.celrep.2024.114210