Egy új felfedezés szerint az idegrendszer evolúciója mégsem egyszerű, lineáris folyamat volt, ahogy azt eddig hitték a biológusok.
Van az a mondás, hogy „az agy a legfontosabb szerv, az agy szerint”. Nos, akármennyire is vicces ez a megállapítás, a tudósok manapság úgy gondolják, hogy valóban minden gondolatot az agy hoz létre. Ezen túl a szervezet szinte minden folyamatát szabályozza, koordinálja, létrehozza a környezethez való alkalmazkodás leghatékonyabb eszközét, a viselkedést is.
Az evolúcióbiológusok sokáig úgy gondolták, hogy az idegrendszer csupán csak egyszer kellett megjelenjen az evolúció során, hogy megvesse a lábát. Egy ilyen hatékony és hasznos rendszer minden bizonnyal fokozta a túlélési esélyeket és az első birtokosok utódai szépen lassan kiszorították versenytársaikat. Újabban azonban egyre több eredmény vonja kétségbe ezt az elképzelést és épp néhány hete jelent meg egy tanulmány, amely különösen meggyőző érvekkel támadja.
Az állatvilág és az idegrendszer evolúciója
A modern rendszertan öt nagy csoportot különít el az állatvilágban. Ezek a Porifera (szivacsok), Placozoa (korongállatkák), Ctenophora (bordásmedúzák), Cnidaria (csalánozók) és a Bilateria (kétoldali szimmetriájú állatok). Ez utóbbi csoportba tartozik a ma élő állatok túlnyomó többsége, mint például az ízeltlábúak, a puhatestűek vagy a gerincesek. A szivacsok és a korongállatkák nem rendelkeznek idegrendszerrel és szimmetriatengelyek sem határozhatók meg a testükben. A bordásmedúzák és a csalánozók teste sugaras szimmetriát mutat és diffúz idegrendszerük van, vagyis testüket idegsejtek szövedéke hálózza be. A kétoldali szimmetriával rendelkező állatok testét egy fő szimmetriatengely osztja ketté és körükben jelenik meg a központosult idegrendszer. Mindezen tulajdonságok alapján hosszú időn át az volt az univerzálisan elfogadott álláspont, hogy az állatvilág evolúciója során a szivacsok és korongállatkák alkotják a legősibb csoportot, míg sugaras szimmetriával rendelkező csoportok már közelebbi rokonai a kétoldali szimmetriájúaknak. Ez az elképzelés az idegrendszer evolúciójával kapcsolatban azt feltételezi, hogy az idegrendszer csupán egyszer jelent meg az evolúció során. Tehát a sugaras szimmetriájú állatok idegrendszere szolgált kiindulási alapként az összes többi idegrendszerrel rendelkező állat számára.
A bordásmedúzákat egyébként sugaras szimmetria jellemzi, ami miatt a csalánozók közeli rokonainak tartották őket. Ősibb formáknak gondolták a szivacsokat és a korongállatkákat, hiszen ezek ún. aszimmetrikus lények, vagyis nem állapíthatók meg szimmetriatengelyek a testükben. Egy 2008-as vizsgálat arra világított rá, hogy a bordásmedúzák törzse lehet az állatok legősibb csoportja. A vizsgálat egy sor állat genomját hasonlította össze és ezek alapján arra jutott, hogy a bordásmedúzák lógnak ki leginkább a többi állathoz képest. Eszerint nem a szivacsok és a korongállatkák az állatvilág legősibb formái, ezek másodlagosan egyszerűsödtek le. Emellett az utóbbi néhány évben egy sor eredmény is napvilágot látott, amelyek kifejezetten meglepők voltak a szakértők számára. A szivacsoknál számos olyan gén megtalálható, amelyeknek az idegrendszer működésében van szerepük az összetettebb állatoknál. Kiderült az is, hogy a szivacsok néhány sejtje a szinapszisokra kísértetiesen hasonlító struktúrák révén kommunikál.
Szinapszisok
Az idegtudomány történetének fontos mozzanatai közé tartozik a szinapszisok létének feltevése és az elképzelés későbbi megerősítése. Már a XIX. században bizonyossá vált, hogy az idegsejtek elektromos jelet hoznak létre és fontos kérdés volt, hogy ezt a jelet hogyan adják át egymásnak a sejtek. Camillo Golgi, a Nobel-díjas idegtudós még a XX. század elején is úgy gondolta, hogy az idegsejtek összeolvadnak a nyúlványoknál és így halad rajtuk a jel. Ezzel szemben Santiago Ramón y Cajal úgy gondolta, hogy a sejtek különálló egységek és valamiképp átadják egymásnak az elektromos jelet. A két kutató 1906-ban osztozott az Élettani és Orvostudományi Nobel-díjon és az átvételnél tartott előadásaik az egymásnak ellentmondó elméleteket ütköztették. Sir Charles Scott Sherrington azonban már 1897-ben megalkotta a szinapszis fogalmát. Így nevezte Cajal elméletének egy fontos fizikai feltételét, vagyis az idegsejtek közötti kapcsolatot. A szinapszis létét azonban csak az 50-es években sikerült egyértelműen alátámasztani, ugyanis ezek tulajdonképpen nagyjából 20 nm-es rések két idegsejt membránja között, amiket csak elektronmikroszkóppal volt lehetséges vizualizálni.
Egy új vizsgálat arra utal, hogy a bordásmedúzák diffúz neuronhálózata azonban másképp szerveződik, mint az állatvilág többi képviselőjének idegrendszere. A bordásmedúzák külső sejtrétege alatt húzódik meg a neuronok szövedéke. A sejtek feladata az állatok izmainak szinkronizált összehúzása, ami elengedhetetlen a hatékony mozgáshoz. A neuronok hasonló kapcsolatokat képeznek az izomsejtekkel, mint az állatvilág más képviselői esetében, azonban a neuronok egymással alkotott kapcsolatai különlegesek. A bordásmedúzák idegsejtjeinek nyúlványai ugyanis egybeolvadnak, vagyis ún. szincíciumot alkotnak. Az idegsejtek tehát nem határolódnak le egymásról, így nincsenek is köztük szinapszisok.
Elektromos szinapszisok
Golgi és Cajal vitája mellett volt még egy fontos kérdés az idegsejtek által létrehozott elektromos jel terjedését illetően. A szakértők már a XIX. század végén elkezdtek azon gondolkodni, hogyan adódhat át ez a jel az egyik sejtről a másikra, ha valóban rések vannak közöttük. Az egyik elképzelés az volt, hogy a jel egyszerűen átugrik, nagyjából úgy, mint egy szikra. A másik elképzelés szerint kémiai vegyületekkel kommunikálnak egymással a sejtek. Az idők során ez utóbbi elképzelést erősítették meg a kísérleti eredmények. Kiderült azonban az is, hogy vannak olyan szinapszisok, amelyeken valóban „átugrik” az elektromos jel: olyan kapcsolatok is vannak az idegsejtek között, amelyeken az elektromos jel fizikai alapjául szolgáló ionok egyik sejtből a másikba haladnak át, akadály nélkül. Ezeket ma elektromos szinapszisnak nevezzük.
Az új eredmények a szakértők szerint teljességgel elvetik az újabb gyenge lábakon álló elképzelést, miszerint a bordásmedúzák és a csalánozók közeli rokonok lennének. Az egyik legfontosabb, szabad szemmel is látható hasonlóság a két csoport testfelépítése: áttetsző, vízben lebegő állatok. Azonban a gyűrűsférgek és a puhatestűek között is vannak hasonló jegyek, ami egyszerűen arra utal, hogy a nyílt vízben élő állatok alakja ebbe az irányba alakulhat. Ezt a külső hasonlóságot tehát manapság már nem tekintik mérvadónak a leszármazási kapcsolatok szempontjából. Így tehát az utolsó érv a két csoport közeli rokonsága mellett a diffúz idegrendszer volt, azonban az új eredmény szerint ez mégsem annyira hasonló a két csoportnál. A csalánozók diffúz idegrendszerének sejtjei között szinapszisok találhatók, azonban a bordásmedúzák neuronjainak sejtplazmája összeolvad.
Érdemes megjegyezni, hogy 1906-ban a Nobel-díj átvételekor már szinte minden tudós Cajal elképzelésének híve volt, miszerint az idegsejtek elhatárolódnak egymástól. Az új eredmény azonban legalább részben igazat ad Golginak is: előfordul az élővilágban olyan idegrendszer, amiben az idegsejtek összeolvadnak.
Ez a cikkem az Élet és Tudomány Agyi aktualitások rovatjában jelent meg.
Források
Neurons that connect without synapses | Science
Broad phylogenomic sampling improves resolution of the animal tree of life | Nature
