RGB-фототаксис Trichoplax (Placozoa) и кинезис его клеток

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Морское животное Trichoplax (Placozoa), имеющее простейшую организацию среди беспозвоночных, но со специфичным движением тела и его клеток, является модельным животным для изучения различных биофизических и химических процессов, реакций на внешние стимулы. В статьях специалистов ряда университетов в гипотетической и декларативной форме освещена проблема фототаксиса Trichoplax (Placozoa), но нет конкретных исследований по поведенческой реакции этого простейшего животного и его клеток на монохромные световые сигналы с разными длинами волн, которые характерны для его световой среды обитания на глубине от 5 до 20 м.

Материалы и методы. Исследования проводили на лабораторных животных Trichoplax spр. H2. Исследования поведенческой реакции Trichoplax выполняли с использованием современных методов оптической микроскопии: оптического микроскопа Nikon Eclipse Ts2R-Fl; оптических микроскопов Nikon SMZ-1270, Stemi 305; оптического микроскопа «Леонардо 3.0», специально разработанного под проект и позволяющего одновременно наблюдать поведение группы Trichoplax и каждого Trichoplax этой группы при низком уровне освещённости и стабильной температуре водной среды его обитания. В микроскопе были применены две веб-камеры – верхняя c матрицей 1,9 Мп и нижняя — 5 Мп.

Результаты. Проведён теоретический анализ спектрального состава света и степени его поляризации в морской среде обитания простейшего многоклеточного животного Trichoplax (Placozoa), а также особенностей его генно-клеточного строения. Исходя из законов гидрооптики и стратегии выживания «пища — жертва» определены координатные оси световой среды для Trichoplax (световая вертикаль (395 нм) и две горизонтальные световые оси — отражённый горизонтальный свет от пищи (зелёный — 532 нм) и исходящий от арагонитового панциря хищника моллюска флуоресцентный свет (красный — 630 нм). На основании реакций животного на эти RGB-световые стимулы высказана и подтверждена гипотеза о наличии RGB-фототаксиса у Trichoplax и кинезиса его клеток. Для управления Trichoplax выбраны монохромные световые сигналы: красный (630 нм), зелёный (532 нм) и синий (395 нм).

Ограничения исследования. При изучении Trichoplax (Placozoa) была исследована поведенческая реакция этого животного и его клеток на монохромные световые сигналы с разными длинами волн с использованием современных методов оптической микроскопии, позволяющими одновременно наблюдать поведение как группы Trichoplax, так и каждого животного этой группы при низком уровне освещённости и стабильной температуре водной среды его обитания.

Заключение. Впервые с помощью световых сигналов проведено управление поведением Trichoplax и его клетками, а также доказано наличие у Trichoplax RGB-фототаксиса и кинезиса у его клеток. Открытие RGB-таксиса Trichoplax (Placozoa) изменяет сложившиеся научные представления в области эволюции цветного зрения у животных Trichoplax (Placozoa) и зрительного анализатора человека и функционирования его шишковидной железы. Представленный метод может использоваться в гигиенических исследованиях влияния внешних загрязнителей на окружающую среду, а также воздействия света на шишковидную железу человека.

Участие авторов:

Капцов В.А. — оценка корректности гипотезы, методики проведения эксперимента и обсуждение результатов;

Дейнего В.Н. — обсуждение гипотезы на этапе её формирования, техническая помощь в подготовке оборудования, участие в экспериментах;

Козырицкий Д.В. — выдвижение гипотезы и разработка оборудования, проведение эксперимента, формирование фильма по результатам эксперимента.

Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 11.03.2021 / Принята к печати: 25.11.2021 / Опубликована: 09.02.2022

Об авторах

Валерий Александрович Капцов

ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт гигиены транспорта» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Автор, ответственный за переписку.
Email: kapcovva39@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3130-2592

Доктор мед. наук, профессор, член-корреспондент РАН, руководитель отдела гигиены труда ФГУП «Всероссийский НИИ гигиены транспорта» Роспотребнадзора, 125438, Москва.

e-mail: kapcovva39@mail.ru

Россия

В. Н. Дейнего

ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт гигиены транспорта» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: noemail@neicon.ru
Россия

Д. В. Козырицкий

ГБОУ «Центр дополнительного образования "Малая академия наук"»

Email: noemail@neicon.ru
Россия

Список литературы

  1. Schierwater B., DeSalle R. Placozoa. Curr. Biol. 2018; 28(3): R97-8. https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.11.042
  2. Брылев B.А., Крючков B.Н., Залепухин В.В. Теоретические аспекты биоразнообразия: Учебное пособие. Волгоград: Волга; 2003
  3. Srivastava M., Begovic E., Chapman J., Putnam N.H., Hellsten U., Kawashima T., et al. The Trichoplax genome and the nature of placozoans. Nature. 2008; 454(7207): 955-60. https://doi.org/10.1038/nature07191
  4. Smith C.L., Varoqueaux F., Kittelmann M., Azzam R.N., Cooper B., Winters C.A., et al. Novel cell types, neurosecretory cells, and body plan of the early-diverging metazoan Trichoplax adhaerens. Curr. Biol. 2014; 24(14): 1565-72. https://doi.org/10.1016/j.cub.2014.05.046
  5. Smith C.L., Pivovarova N., Reese T.S. Coordinated feeding behavior in trichoplax, an animal without synapses. PLoS One. 2015; 10(9): e0136098. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0136098
  6. Moroz L.L. NeuroSystematics and periodic system of neurons: model vs reference species at single-cell resolution. ACS Chem. Neurosci. 2018; 9(8): 1884-903. https://doi.org/10.1021/acschemneuro.8b00100
  7. Никитин М. Нейротрансмиттеры и их функции у трихоплакса - животного без нервной системы. Доступно: https://www.youtube.com/watch?v=OwnA4oFro0w
  8. Romanova D.Y., Smirnov I.V., Nikitin M.A., Kohn A.B., Borman A.I., Malyshev A.Y., et al. Sodium action potentials in placozoa: Insights into behavioral integration and evolution of nerveless animals. Biochem. Biophys. Res.Commun. 2020; 532(1): 120-6. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2020.08.020
  9. Armon S., Bull M.S., Aranda-Diaz A., Prakash M. Ultrafast epithelial contractions provide insights into contraction speed limits and tissue integrity. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2018; 115(44): E10333-41. https://doi.org/10.1073/pnas.1802934115
  10. Ilton M., Bhamla M.S., Ma X., Cox S.M., Fitchett L.L., Kim Y., et al. The principles of cascading power limits in small, fast biological and engineered systems. Science. 2018; 360(6387): eaao1082. https://doi.org/10.1126/science.aao1082
  11. Mayorova T.D., Smith C.L., Hammar K., Winters C.A., Pivovarova N.B., Aronova M.A., et al. Cells containing aragonite crystals mediate responses to gravity in Trichoplax adhaerens (Placozoa), an animal lacking neurons and synapses. PLoS One. 2018; 13(1): e0190905. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0190905
  12. Mayorova T.D. A Gravity-Sensing Cell in Trichoplax adhaerens, an Early Branching Metazoan. In: Proceedings of Conference: Society for Neuroscience. San Diego; 2016.
  13. Moroz L.L., Romanova D.Y., Nikitin M.A., Sohn D., Kohn A.B., Neveu E., et al. The diversification and lineage-specific expansion of nitric oxide signaling in Placozoa: insights in the evolution of gaseous transmission. Sci. Rep. 2020; 10(1): 13020. https://doi.org/10.1038/s41598-020-69851-w
  14. Nikitin M. Bioinformatic prediction of Trichoplax adhaerens regulatory peptides. Gen.Comp. Endocrinol. 2015; 212: 145-55. https://doi.org/10.1016/j.ygcen.2014.03.049
  15. Романова Д.Ю. Разнообразие клеточных типов у гаплотипа H4 PLACOZOA SP. Морской биологический журнал. 2019; 4(1): 81-90. https://doi.org/10.21072/MBJ.2019.04.1.07
  16. Серавин Л.Н., Гудков А.В. Trichoplax adhaerens (тип Placozoa) - одно из самых примитивных многоклеточных животных. СПб.: ТЕССА; 2005.
  17. Знакомьтесь: Трихоплакс, простейшее животное на Земле. Доступно: https://scientificrussia.ru/articles/znakomtes-trihoplaks-prostejshee-zhivotnoe-na-zemle
  18. Heyland A., Croll R., Goodall S., Kranyak J., Wyeth R. Trichoplax adhaerens, an enigmatic basal metazoan with potential. Methods. Mol. Biol. 2014; 1128: 45-61. https://doi.org/10.1007/978-1-62703-974-1_4
  19. Srivastava M., Begovic E., Chapman J., Putnam N.H., Hellsten U., Kawashima T., et al. The Trichoplax genome and the nature of placozoans. Nature. 2008; 454(7207): 955-60. https://doi.org/10.1038/nature07191
  20. «Невидимая» рыба может осветить путь к лучшим оптическим устройствам. Доступно: https://ru.livingorganicnews.com/invisible-fish-could-light-way-better-optical-devices-775007
  21. Mizukawa Y. Characterization of light reflection of fish guanine crystals by diamagnetic micromanipulation: Diss. Hiroshima; 2016.
  22. Michiels N.K., Anthes N., Hart N.S., Herler J., Meixner A.J., Schleifenbaum F., et al. Red fluorescence in reef fish: a novel signalling mechanism? BMC Ecol. 2008; 8: 16. https://doi.org/10.1186/1472-6785-8-16
  23. Sönke J. The Optics Of Life: A Biologist’s Guide to Light in Nature. Available at: https://babylonzoo.blog/optics/index.html
  24. Очаковский Ю.Е., Копелевич О.В., Войтов В.И. Свет в море. Доступно: https://coollib.com/b/279274/read
  25. Eitel M., Osigus H.J., DeSalle R., Schierwater B. Global diversity of the Placozoa. PLoS One. 2013; 8(4): e57131. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0057131
  26. Zhu W., Lin J., Cai C., Lu Y. Biomimetic mineralization of calcium carbonate mediated by a polypeptide-based copolymer. J. Mater. Chem. B. 2013; 1(6): 841-9. https://doi.org/10.1039/c2tb00182a
  27. Houreld N.N. Shedding light on a new treatment for diabetic wound healing: a review on phototherapy. Sci. World J. 2014; 2014: 398412. https://doi.org/10.1155/2014/398412
  28. Чачина Н.А., Кирток А.Н., Фролова M.C., Векшин Н.Л. Mитохондрии - силовые электростанции нейронных сетей. В кн.: Нейроинформатика. Сборник статей. Часть 1. М.; 2013: 219-29.
  29. Романова Д.Ю. Сравнительный анализ организации типов клеток и поведения у PLACOZOA: Автореф. дисс. … канд. биол. наук. М.; 2020.
  30. Пожилова Е.В., Новиков В.Е., Левченкова О.С. Митохондриальный АТФ-зависимый калиевый канал и его фармакологические модуляторы. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2016; 14(1): 29-36. https://doi.org/10.17816/RCF14129-36
  31. Rojas Pérez Y., Etchenique R. Optical manipulation of animal behavior using a ruthenium-based phototrigger. Photochem. Photobiol. Sci. 2019; 18(1): 208-12. https://doi.org/10.1039/c8pp00467f
  32. Юрре Т.А., Рудая Л.И., Климова Н.В., Шаманин В.В. Органические материалы для фотовольтаических и светоизлучающих устройств. Физика и техника полупроводников. 2003; 37(7): 835-43
  33. Weiner S., Addadi L. Crystallization pathways in biomineralization. Annu. Rev. Mater. Res. 2011; 41: 21-40. https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-062910-095803
  34. Mizukawa Y. Characterization of light reflection of fish guanine crystals by diamagnetic micromanipulation doctoral theses: Diss. Hiroshima; 2016.
  35. Chikashige T., Iwasaka M. Magnetically-assembled micro/mesopixels exhibiting light intensity enhancement in the (012) planes of fish guanine crystals. AIP Advances. 2018; (8): 056704. https://doi.org/10.1063/1.5006135
  36. Gur D., Palmer B.A., Weiner S., Addadi L. Light manipulation by guanine crystals in organisms: biogenic scatterers, mirrors, multilayer reflectors and photonic crystals. Adv. Funct. Mater. 2017; 27(6): 20171603514.
  37. Speiser D.I., Eernisse D.J., Johnsen S. A chiton uses aragonite lenses to form images. Curr. Biol. 2011; 21(8): 665-70. https://doi.org/10.1016/j.cub.2011.03.033
  38. Speiser D.I., DeMartini D.G., Oakley T.H. The shell-eyes of the chiton Acanthopleura granulate (Mollusca, Polyplacophora) use pheomelanin as a screening pigment. J. Nat. Hist. 2014; 48(45-48): 2899-911. https://doi.org/10.1080/00222933.2014.959572
  39. Aizenberg J., Tkachenko A., Weiner S., Addadi L., Hendler G. Calcitic microlenses as part of the photoreceptor system in brittlestars. Nature. 2001; 412(6849): 819-22. https://doi.org/10.1038/35090573
  40. Gál J., Horváth G., Clarkson E.N.K., Haiman O. Image formation by bifocal lenses in a trilobite eye? Vision Res. 2000; 40(7): 843-53. https://doi.org/10.1016/j.cub.2011.03.033
  41. Козлов Д.В. Физическая химия, лекции. Доступно: https://studfile.net/preview/4482440/
  42. Разгадать тайны Чёрного моря: какие работы ведутся в лабораториях ИнБЮМа. Доступно: https://www.youtube.com/watch?v=MEbz9t4eVVA

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Капцов В.А., Дейнего В.Н., Козырицкий Д.В., 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.