T4

Уявіть, що ваша шкіра вміє чути. Не в переносному сенсі, а буквально – вловлювати коливання води, як вухо вловлює звук. Саме так влаштований кальмар: його тіло вкрите клітинами з крихітними волоскоподібними структурами, які реагують на рух води. І це, як з’ясувалося, має напрочуд багато спільного з тим, як чуємо ми. Повідомляє Т4 з посиланням на sсіеnсеаlеrt.соm.
Дослідження, опубліковане в журналі Сurrеnt Віоlоgy, показало: кальмари не просто мають окремі чутливі клітини – вони буквально всіяні ними. Доти науковці навіть не підозрювали, що цих клітин так багато і що вони такі різноманітні. А очолив роботу Брайан Макдермотт з Саsе Wеstеrn Rеsеrvе Unіvеrsіty – отоларинголог, тобто фахівець із внутрішнього вуха, носа й горла.
Починав він із суто медичної мети: зрозуміти, як працює людський слух і чому він зникає. Але, простежуючи еволюційну лінію спеціалізованих волоскових клітин, дійшов до довгоперого кальмара Dоrytеuthіs реаlеіі – істоти, яку від нас відділяють сотні мільйонів років еволюції.
Що таке волоскові клітини і чому вони не про волосся
Фото: sсіеnсеаlеrt.соm
Одразу прояснімо: волоскові клітини, про які йдеться, не мають жодного стосунку до волосся, що росте з фолікулів на шкірі. Це спеціалізовані сенсорні клітини, які перетворюють механічні коливання на сигнал для мозку. У всіх хребетних, окрім риб, вони містяться лише в органах слуху – у людей, наприклад, усередині завитки (кохлеї), тієї спіральної, заповненої рідиною структури, схожої на равлика.
Коли ви чуєте звук, хвилі повітря потрапляють у вухо, змушують коливатися барабанну перетинку, далі – ланцюжок крихітних кісточок, і цей рух перетворюється на хвилі в рідині завитки. Ось тут і вступають у гру волоскові клітини: їхні “волоски” гойдаються в рідині, а клітина перекладає цей рух у повідомлення для мозку. Саме в цей момент ми й чуємо звук.
І ось цікавий нюанс: у людському вусі волоскові клітини не однакові. Одні мають пучки довгих волосків – вони краще вловлюють низькі звуки. Інші мають короткі – ідеальні для високих частот. Ця спеціалізація і дозволяє нам розрізняти весь спектр звуків – від басовитого гулу до дзвінкого пташиного співу.
Риби, бічна лінія і кальмар-рекордсмен
Тепер повернімося до риб, бо без них картина неповна. Риби, на відміну від більшості інших хребетних, мають волоскові клітини на зовнішній поверхні тіла – в органі, який називається бічною лінією. Вона вловлює коливання води: рух хижака поруч, підводні течії, найменші зміни тиску.
Інші морські істоти, зокрема кальмари, теж мають бічні лінії. Логіка проста: якщо ти все життя під водою, навколишні хвилі вже передаються рідиною – не треба переводити їх із повітря в рідину, як це роблять наземні тварини. Волоскові клітини морських мешканців ловлять рух безпосередньо з джерела.
Але є ключова різниця. У риб “волосся” приблизно однакової довжини. А ось кальмари, як з’ясувалося, розвинули різноманітні, спеціалізовані волоскові клітини – майже як у нас.
Команда Макдермотта дослідила тіла кількох новонароджених кальмарів за допомогою лайт-шитної мікроскопії (lіght-shееt mісrоsсорy) – методу, який змушує волоскові клітини світитися на зображеннях. І побачила дещо несподіване. Пучки волосків були організовані у два типи: уже відомі лінійні ряди та широкі регіональні поля, про які досі не повідомлялося ні в кальмарів, ні в риб. Дослідники назвали їх “полями бічної лінії”.
“Анатомічні позиції та відповідна варіація довжини пучків волосків вказують на те, що деякі бічні лінії вловлюють різні стимули”, – зазначають автори. Наприклад, на мантії кальмара пучки волосків були дуже короткими порівняно з тими, що на головній бічній лінії.
Висновок команди звучить майже поетично: “Результати показують, що вся поверхня кальмара вигадливо оздоблена різноманітними бічними лініями, які, ймовірно, реєструють конкретні типи локальних рухів води”.
Ось що це означає на практиці: кальмар не просто “відчуває” воду навкруги – різні ділянки його тіла налаштовані на різні типи сигналів. Одні ловлять подих здобичі поруч, інші – далекий гуркіт берега чи тягу течії. Своєрідна сенсорна матриця, розподілена по всьому тілу.
Навіщо медику кальмар
Макдермотт – не морський біолог, і його інтерес до кальмарів суто практичний. Він переконаний, що ці істоти можуть стати корисною моделлю для розуміння того, як працює – або не працює – людський слух.
“Часто, коли дитина народжується глухою або людина з нормальним слухом його втрачає, пошкодженим виявляється саме пучок волосків, – каже Макдермотт. – Тому вивчення пучка волосків кальмара відкриває перспективи для розуміння того, як виникає втрата слуху”.
Тут є важливий момент, який зазвичай не згадують у популярних переказах. Волоскові клітини людського вуха не відновлюються. На відміну від, скажімо, клітин шкіри, які постійно оновлюються, пошкоджені волоскові клітини внутрішнього вуха гинуть назавжди. Саме тому гучна музика в навушниках, хронічний шум на виробництві чи вікова дегенерація призводять до незворотної втрати слуху – і жодні ліки поки що це не виправляють.
І ось тут кальмар виявляється цінним саме тому, що він еволюційно далекий від нас. Його волоскові клітини влаштовані за схожим принципом, але належать істоті, яка розійшлася з нами еволюційними шляхами сотні мільйонів років тому. Якщо вдасться зрозуміти, як вони працюють і чи мають якісь механізми відновлення, це може підказати напрямок для досліджень у медицині.
Це, до речі, гарний приклад того, як фундаментальна біологія несподівано стає прикладною. Ніхто не шукав ліки від глухоти, вивчаючи кальмарів. Просто одна людина з медичним бекґраундом пішла за еволюційним слідом волоскової клітини – і опинилася в глибинах океану.
Дослідження опубліковане в Сurrеnt Віоlоgy. Статтю перевірила на факти Рейчел Гарнер, редагував Пітер Докрілл.
Часті питання
Чи справді кальмари “чують” шкірою?
Не зовсім. Вони не чують звук у нашому розумінні, а вловлюють рух води – коливання, течії, поштовхи від здобичі чи хижаків. Це механочутливість, а не слух. Але клітинний механізм – той самий, що й у нашому вусі.
Чим це відрізняється від того, як орієнтуються риби?
У риб волоскові клітини теж є на тілі, в бічній лінії, але їхні “волоски” приблизно однакової довжини. У кальмарів вони різні за довжиною й організовані в складніші структури – це вказує на тоншу спеціалізацію під різні типи сигналів.
Чи можна на цій основі вилікувати глухоту?
Поки що ні – дослідження лише описує біологію. Але воно дає нову модель для вивчення того, як пошкоджуються волоскові клітини і, можливо, як їх можна захистити або відновити. Це довгий шлях від лабораторії до клініки.
Де опубліковано дослідження?
У журналі Сurrеnt Віоlоgy. Керівник роботи – Брайан Макдермотт з Саsе Wеstеrn Rеsеrvе Unіvеrsіty.
Якщо чесно, найцікавіше тут навіть не сам факт, що кальмар устелений сенсорними клітинами. А те, що еволюція, яка розвела нас і кальмарів на сотні мільйонів років, у підсумку винайшла майже однаковий механізм для вловлювання коливань – тільки в одному випадку це коливання повітря, а в іншому – води. Питання на засипку: якщо природа двічі дійшла до одного рішення незалежно, можливо, це рішення варто вивчати не лише в нас самих, а й у тих, хто плаває поруч із нами в океані?