Ce ne poate învăța creierul unui vierme despre diferențele de sex din sistemul nervos
Cercetătorii de la Northeastern University au studiat îndeaproape creierul lui C. elegans, un vierme rotund minuscul, de aproximativ un milimetru lungime, considerat unul dintre cele mai intens studiate animale din biologie. Echipa de biofizicieni a comparat activitatea cerebrală a celor două sexe ale speciei, observând modul în care acestea reacționează la stimuli din mediu, precum mirosurile alimentare și semnalele chimice care indică pericolul.
Viermii hermafrodiți au exact 302 neuroni, răspândiți în întregul sistem nervos, dintre care aproximativ 200 se află în cap, restul fiind distribuiți de-a lungul corpului și al cozii, inclusiv în organele reproductive. Masculii au în schimb circa 387 de neuroni. Spre deosebire de multe alte animale, femelele de C. elegans sunt hermafrodite, producând atât ovule, cât și spermatozoizi, și se pot reproduce prin fertilizarea propriilor ovule.
Rezultatele, publicate în revista Current Biology, arată că diferențele de sex la nivelul activității cerebrale sunt surprinzător de profunde. Aproape fiecare neuron senzorial examinat a răspuns diferit la cel puțin un semnal chimic, iar chiar și atunci când doi neuroni reacționau similar la un anumit miros, ei puteau răspunde diferit la altul.
Divergențele dintre cele două sexe au apărut și în sistemul nervos faringian, rețeaua de neuroni implicată în hrănire și digestie, atunci când viermii au fost expuși la hrană, sare și feromoni. Acest lucru sugerează că diferențele de sex se extind dincolo de simțul mirosului, până la procesarea semnalelor chimice în timpul hrănirii.
„Sunt animale în primul rând chemosenzoriale”, a explicat Vivek Venkatachalam, profesor asociat de fizică la College of Science din cadrul Northeastern University, referindu-se la faptul că viermii percep lumea în principal prin simțurile chimice ale mirosului și gustului. Potrivit acestuia, este prima comparație la nivel de întreg creier a activității neuronale între viermii masculi și cei hermafrodiți.
„Una dintre întrebările de bază pe care le punem – și mai sunt multe altele – este cum se leagă structura creierului de funcția acestuia”, a declarat Venkatachalam.
Pentru că viermii sunt transparenți, plasarea lor sub microscop le permite cercetătorilor să observe activitatea din interiorul creierului. Echipa a urmărit activitatea neuronilor individuali folosind o tehnică ce detectează modificările nivelurilor de calciu din interiorul neuronilor, modificări care apar ca variații ale luminozității sub microscop. Această metodă de imagistică a calciului este utilizată pe scară largă pentru studierea circuitelor neuronale la viermi, muște, șoareci și alte subiecte experimentale.
Cercetătorii au fost surprinși de amploarea diferențelor și de cât de mult depindeau acestea de semnalul chimic specific. „Știm de ceva timp că sistemele nervoase ale viermilor masculi și hermafrodiți sunt conectate oarecum diferit, dar o diagramă de conexiuni îți spune doar o parte din povestea despre cum funcționează de fapt un creier”, a spus Javier Apfeld, profesor asociat de biologie la Northeastern University.
Apfeld, care studiază îmbătrânirea, a adăugat că este curios ce înseamnă aceste descoperiri pentru modul în care îmbătrânesc masculii și hermafrodiții. Viermii trăiesc de obicei doar aproximativ 20 de zile, ceea ce îi face utili pentru investigarea motivelor pentru care organismele îmbătrânesc și dacă acest proces poate fi încetinit.
Oamenii de știință folosesc C. elegans ca organism-model pentru a investiga procese biologice relevante și pentru oameni, de la fertilitate la îmbătrânire. Cercetările pe acești viermi pot ajuta la înțelegerea modului în care erorile în diviziunea cromozomilor contribuie la avorturi spontane, infertilitate și defecte congenitale, precum și a modului în care contracțiile asemănătoare celor musculare ajută la deplasarea ovulelor prin sistemul reproducător.
Venkatachalam a precizat totuși că descoperirile la viermi nu se traduc neapărat direct la oameni. Însă, întrucât multe dintre genele implicate în funcționarea sistemului nervos sunt comune între specii, cercetarea ar putea oferi un punct de plecare pentru investigarea modului în care aceste gene influențează activitatea cerebrală la animale mai complexe. „Scopul este să învățăm principii ale computației neuronale care sunt aplicabile la nivel global”, a spus el.
Aceste diferențe de sex, numite de specialiști „dimorfism sexual”, au fost atât de pronunțate încât ridică întrebări mai ample despre modul în care sexul biologic modelează procesarea informației de către sistemele nervoase și dacă diferențe similare ar putea fi găsite și la alte animale.
