Aptuveni vienu milimetru garo, caurspīdīgo Caenorhabditis elegans tārpu nervu sistēma atklājusi pārsteidzošas ar dzimumu saistītas atšķirības, kas ietekmē uzvedību, vairošanos un novecošanu. Šie mikroskopiskie organismi ir plaši izmantoti bioloģiskajos pētījumos, jo ļauj salīdzinoši vienkārši pētīt nervu sistēmas darbību.

Northeastern University pētnieki salīdzināja tēviņu un hermafrodītisko tārpu smadzeņu aktivitāti, lai noskaidrotu, kā dzimums ietekmē nervu sistēmas darbību. Pētījums publicēts žurnālā Current Biology.

Gandrīz katrs tārpu ķīmiski jutīgais jeb ķīmosensorais neirons uz vismaz vienu ķīmisku signālu reaģēja atšķirīgi atkarībā no dzīvnieka dzimuma. Pētnieki secināja, ka dzimumatšķirības nervu sistēmas ķēdēs ir plaši izplatītas un atkarīgas no konkrētā stimula.

Atšķirīga reakcija uz smaržām, sāli un feromoniem

Pētījuma vadošais pētnieks Northeastern University norādīja, ka galvenais jautājums bija par to, kā smadzeņu struktūra ir saistīta ar to darbību. Lai gan tēviņu un hermafrodītu nervu sistēmas ir daļēji atšķirīgi savienotas, tikai savienojumu shēma nepasaka, kā smadzenes faktiski apstrādā informāciju.

Hermafrodītiskajiem C. elegans ir 302 neironi visā nervu sistēmā, tostarp aptuveni 200 galvā, bet tēviņiem ir aptuveni 387 neironi, informēja Northeastern University. Fizikas asociētais profesors Viveks Venkatačalams skaidroja, ka šie tārpi galvenokārt ir ķīmosensoriski dzīvnieki — tie lielā mērā paļaujas uz ožu un garšu.

Pētnieki novēroja atsevišķus neironus, tārpiem saskaroties ar dažādiem ķīmiskiem stimuliem, tostarp smaržām, sāli un feromoniem. Izmantojot kalcija attēlveidošanu — metodi, kas mēra kalcija līmeņa izmaiņas neironos —, viņi izsekoja nervu aktivitātes pārmaiņas dzīvnieku galvās.

Komanda konstatēja, ka sensorās reakcijas atšķīrās gan starp dzimumiem, gan atkarībā no izmantotā stimula. Dzimumam raksturīgas reakcijas tika atrastas arī neironos, kas saistīti ar barošanos un gremošanu.

“Jau kādu laiku zinām, ka tēviņu un hermafrodītu tārpu nervu sistēmas ir savienotas nedaudz atšķirīgi, taču savienojumu shēma tikai daļēji parāda, kā smadzenes patiesībā darbojas,” Northeastern ziņojumā sacīja universitātes bioloģijas asociētais profesors Havjers Apfelds.

Pētnieki ziņoja, ka atšķirīga un abiem dzimumiem kopīga aktivitāte bija novērojama arī tālākajos starpneironos, taču mazākā mērā, bet kustību neironos — vēl mazāk. Tas liecina, ka galvenais dzimumatšķirīgās aktivitātes avots un atrašanās vieta ir sensorie neironi.

Nervu darbība neatbilda savienojumu kartei

Pēc tam zinātnieki pārbaudīja, vai atšķirīgā nervu aktivitāte atbilst fiziskajām saiknēm starp neironiem. Viņi salīdzināja novēroto aktivitāti ar iepriekš publicētām sinaptisko savienojumu kartēm jeb konektomām.

Salīdzinājums parādīja, ka neironu funkcionālās atšķirības ir nošķiramas no fizisko savienojumu atšķirībām. Citiem vārdiem, nervu sistēmas strukturālās izmaiņas neļāva prognozēt, kā mainīsies tās darbība.

“Izmērītās funkcionālās aktivitātes salīdzinājums ar abu dzimumu publicētajām sinaptiskajām konektomām parādīja, ka dzimumatšķirības funkcionālajos savienojumos atšķiras no dzimumatšķirībām sinaptiskajos savienojumos un tās papildina,” teikts pētījumā.

Pētnieki uzskata, ka šie rezultāti var kļūt par pamatu dzimumatšķirību izpētei citu sugu nervu sistēmās. Tomēr Venkatačalams brīdināja, ka tārpu pētījuma rezultātus nevar automātiski tieši attiecināt uz cilvēkiem.

“Mērķis ir apgūt neironu aprēķinu principus, kas būtu plaši piemērojami,” viņš sacīja Northeastern ziņu dienestam.