При этом чувствительность организмов к этим факторам удалось уменьшить с помощью антибиотиков. Благодаря простоте строения трихоплаксов и эволюционному родству с современными животными, включая млекопитающих, полученные данные помогут лучше понять, как солнечная радиация и магнитные возмущения влияют на работу пищеварительного тракта космонавтов.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Frontiers in Cell and Developmental Biology.

Трихоплаксы — простейшие животные, которые обитают на планете более 500 миллионов лет. Они живут на дне теплых морей и питаются органическими останками, микроводорослями и бактериями. При достаточном количестве пищи эти существа быстро размножаются делением — каждые 1–2 суток количество особей удваивается. И, хотя в их организме всего около 12 типов клеток, их жизненные процессы, такие как пищеварение, на клеточном уровне близки тем, что происходят в организме более развитых животных. Например, как и человеку, трихоплаксу нравится вкус аминокислоты глутамата, а инсулин так же регулирует усвоение пищи. Это позволяет ученым на примере простейших животных исследовать работу органов млекопитающих и определять, как на них влияют различные факторы окружающей среды. Несмотря на то, что трихоплаксов легко изучать на любом уровне от генома и клеток до целой популяции, научных данных о них пока недостаточно.

Биологи из Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (Москва), Института биологии развития имени Н.К. Кольцова РАН (Москва) и Университета Флориды (США) в течение 11 лет наблюдали за развитием популяций трихоплаксов вида Trichoplax adhaerens в лаборатории. Животным создали идеальные условия обитания с постоянными температурой, влажностью, режимами питания и освещения. Каждые три дня ученые оценивали размер и количество особей. Многолетнее исследование показало, что, несмотря на стабильные условия, в скорости размножения трихоплаксов наблюдалась цикличность, связанная с естественными солнечными и магнитными колебаниями на планете. Так, при сильном потоке солнечной радиации число особей сокращалось на 48%, а при магнитных возмущениях на 22% из-за того, что животные теряли аппетит, поэтому медленнее росли и реже размножались.

Выясняя причину нарушения пищевого поведения Trichoplax adhaerens, ученые обнаружили в некоторых клетках их пищеварительной системы неизвестные ранее включения с большим содержанием ионов железа. В кишечнике человека эти ионы регулируют выработку муцина — секрета, помогающего клеткам поглощать питательные вещества. Но у трихоплаксов муцин вырабатывается иначе, поскольку пищеварение внешнее, а железо может быть связано с эффектом чувствительности к магнитным колебаниям — магниторецепцией. Это свойство помогает организмам чувствовать время и ориентироваться в пространстве по магнитному полю Земли.

Магниторецепцией обладают некоторые виды бактерий, насекомых и животных, например, многие птицы, но у трихоплаксов она описана впервые. При этом бактериям ощущать магнитную активность позволяют именно накопления железа в особых структурах клетки — магнитосомах. Ученые предполагают, что включения с ионами железа, найденные у трихоплаксов, могут влиять и на их клетки, участвуя в контроле пищевого поведения, подобно тому, как магнитосомы оказывают воздействие на клетки бактерий.

Исследователи также проверили гипотезу о том, что чувствительность трихоплаксов к магнитным всплескам и солнечной радиации может зависеть от их естественной микрофлоры. В ходе эксперимента нескольким популяциям трихоплаксов давали разные антибиотики, подавлявшие в клетках трихоплаксов рост бактерий и уменьшавшие их влияние на животных. В группе, принимавшей антибиотик ампициллин, солнечная и магнитная активность значительно меньше сказывались на питании и скорости размножения трихоплаксов.

Авторы планируют продолжить изучать микрофлору трихоплаксов, чтобы установить ее роль в процессе пищеварения животных и их чувствительности к внешним факторам. Также ученые с помощью микроскопа высокого разрешения детальнее исследуют в клетках Trichoplax adhaerens включения с ионами железа, чтобы определить их строение и функции. Это позволит на примере трихоплаксов разобраться, как именно клетки реагируют на изменения магнитного поля Земли. Понимание клеточных механизмов магниторецепции, в свою очередь, может помочь объяснить негативные реакции пищеварительной системы космонавтов при магнитных колебаниях и изменениях гравитации.

Полученные знания открывают новую главу в исследовании магниторецепции и связанных с ней биологических процессов внутри многоклеточных организмов. Это имеет хороший потенциал для развития космической биологии, поскольку Земля является космическим объектом, и все живые организмы на нашей планете живут под влиянием ее магнитного поля и космической, в том числе солнечной, радиации.

Мы планируем дальше наблюдать за численностью популяции животных в следующем солнечном цикле, а также подробнее изучить ответ организмов на клеточном и геномном уровнях.

Трихоплаксы существуют полмиллиарда лет, они жили уже в тот период, когда нынешние условия на Земле только формировались. Они могут быть перспективной моделью для исследования того, как появилась жизнь на планете и как она приняла нынешние формы, — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Дарья Романова, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории клеточной нейробиологии обучения Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН.

Ранее ученые обнаружили у простейших рак.

Фото: участник исследования Александр Повернов за работой по пересадке животных в новые культивационные чашки Петри. Источник: Дарья Романова.