Czy badania nad żebropławami zachwieją podstawami neuronauki?Czas czytania: 8 min

Wieści ze świata nauki to cykl tekstów skupiających się na najnowszych doniesieniach naukowo-badawczych z różnorodnych dziedzin. W tekstach tych omawiane są bieżące artykuły publikowane w prestiżowych czasopismach naukowych, a także ich znaczenie dla stanu współczesnej wiedzy. Powszechnie znana jest sentencja autorstwa Newtona, zgodnie z którą to, „co my wiemy, to tylko kropelka. Czego nie wiemy, to cały ocean.” Celem tekstów publikowanych w tym dziale jest przybliżenie czytelnikom właśnie tych kropelek.

Osiągnięcia neuronauki

Lata badań dotyczących układu nerwowego doprowadziły do powstania interdyscyplinarnej dziedziny wiedzy, jaką jest neuronauka. Jest ona jedną z najdynamiczniej rozwijających się gałęzi współczesnej nauki. Aby lepiej zrozumieć funkcjonowanie układu nerwowego, naukowcy badają go pod wieloma względami. W ten sposób powstają nowe dziedziny w obrębie samej neuronauki, takie jak neurobiologia, neurofizyka czy neurochemia¹.

W ciągu ostatniej dekady XX wieku, nazywanej „Dekadą Mózgu”, uczeni dowiedzieli się na temat mózgu i umysłu znacznie więcej niż przez ostatnie stulecia. Dekada ta przyniosła wiele istotnych odkryć, zarysowując przy tym dalsze perspektywy badawcze w dziedzinie neuronauki, która w ciągu kolejnych lat uległa znacznej ekspansji². Ekspansja ta była i nadal jest powodowana próbą zrozumienia, jak określone zmiany biochemiczne w układzie nerwowym (a w szczególności w mózgu) wpływają na różne aspekty naszego życia. Spektakularnie rosnący poziom wiedzy na temat struktury, funkcji oraz organizacji układu nerwowego prowadzi do lepszego rozumienia różnych dziedzin naszego życia oraz odkrywania nowych poziomów współzależności mózgu i umysłu³.

Wiedza na temat struktury układu nerwowego, którą znamy dzięki neuroanatomii, a także na temat sposobu jego funkcjonowania, znanego dzięki neurofizjologii, jest również wykorzystywana we współczesnej inżynierii dla celów tworzenia sztucznych sieci neuronowych, wykorzystywanych w technologii sztucznej inteligencji⁴.

Spory dotyczące natury układu nerwowego

Mimo aktualnego konsensusu neuronaukowców co do zasad organizacji oraz funkcjonowania układu nerwowego, u początków neurologii, czyli pod koniec XIX wieku, istniał zasadniczy spór o strukturę oraz zasady działania układu nerwowego. Hiszpański histolog Santiago Ramón y Cajal uważał, że układ nerwowy składa się z komórek (neuronów) połączonych ze sobą za pomocą synaps, natomiast włoski lekarz patolog Camillo Golgi twierdził, że układ nerwowy ma strukturę sieciową. Po przeprowadzeniu licznych badań badacze doszli do wniosku, że rację ma Cajal, ponieważ układ nerwowy rzeczywiście składa się z komórek nerwowych połączonych ze sobą synapsami, w których komórki te przekazują sobie informacje drogą chemiczną lub elektryczną⁵. To twierdzenie stało się podstawą dla dalszych badań dotyczących układu nerwowego na różnych poziomach organizacji – zarówno wśród bezkręgowców, jak i wśród kręgowców – ponieważ zasada działania układu nerwowego zawsze była taka sama. Różnice występowały jedynie w morfologii neuronów, rodzajach neuroprzekaźników czy zasad organizacji wyższych struktur (na przykład mózg człowieka znacznie różni się od mózgu owada). Ze względu jednak na analogiczne zasady działania układów nerwowych, ekstrapolowano odkrycia dotyczące na przykład bezkręgowców na badania nad układem nerwowym człowieka⁶.

Do sporu pomiędzy wspomnianymi badaczami nawiązują autorzy artykułu opublikowanego w kwietniu 2023 roku na łamach „Science”, zatytułowanego Syncytial Nerve Net in a Ctenophore Adds Insights on the Evolution of Nervous Systems [Sieć nerwowa żebropławów przypominająca syncytium pozwala na wgląd w ewolucję układów nerwowych]⁷. Autorzy artykułu powołując się na badania nad żebropławami (morskimi bezkręgowcami stanowiącymi jedną z najwcześniej odgałęzionych linii w królestwie zwierząt), wskazują, że w niektórych przypadkach twierdzenie Santiago Ramón y Cajala okazuje się błędne. Wykazali oni bowiem, że układ nerwowy żebropławów jest zorganizowany w zupełnie inny sposób niż układy nerwowe, jakie dotychczas znaliśmy. Choć już wcześniej było wiadomo, że układ nerwowy żebropławów przypomina sieć, to jednak uczeni nie wiedzieli, jak dokładnie wygląda ta sieć na poziomie morfologicznym. Jak wskazują autorzy artykułu – układ nerwowy żebropławów nie zawiera synaps, ale stanowi jeden wielojądrowy neuron przypominający strukturą syncytium⁸, co znacznie bardziej pasuje do niedocenianej koncepcji Camillo Golgiego.

Czy jesteśmy świadkami początków rewolucji w neurologii?

Autorzy badania podkreślają, że fakt, iż żebropławy posiadają ciągłą błonę plazmatyczną, tworzącą syncytium, wskazuje na alternatywną perspektywę neuroprzekaźnictwa oraz organizacji sieci neuronalnych⁹. Dotychczas znane sieci neuronalne składały się bowiem z neuronów połączonych synapsami. Perspektywa, że synapsy nie są potrzebne, aby informacje były efektywnie przekazywane w obrębie sieci, jest trudna do wyjaśnienia na gruncie współczesnej neuronauki. Odkrycie to otwiera więc niejako nowy rozdział w neuronauce, ponieważ konieczne są dalsze badania, aby zrozumieć, w jaki sposób przekazywane są informacje w takiej ciągłej sieci – na przykład czy informacje nie sprzęgają się ze sobą lub czy możliwe jest wyodrębnienie określonych obwodów funkcjonalnych.

Perspektywa ewolucyjna

Pawel Burkhardt, główny autor przytoczonego badania, napisał wcześniej podobny artykuł, który pojawił się na ogólnodostępnym repozytorium biologicznych PrePrintów¹⁰ – platformie BioRxiv. Tekst ten był zatytułowany Syncytial Nerve Net in a Ctenophore Sheds New Light on the Early Evolution of Nervous Systems [Sieć nerwowa żebropławów przypominająca syncytium rzuca nowe światło na wczesną ewolucję układów nerwowych]. Tytuł artykułu brzmiał więc podobnie, aczkolwiek główny wniosek był nieco inny. W tym tekście nie położono bowiem nacisku na to, że układy nerwowe mogą być zorganizowane w różny sposób, ale stwierdzono, że badania dostarczają istotnych argumentów na rzecz dwóch różnych dróg ewolucji układu nerwowego – u żebropławów i u pozostałych zwierząt¹¹.

Choć koncepcja ta wydaje się interesująca, to jednak teoria niezależnych ewolucji jednej cechy jest problematyczna. Na niezależność tę wskazuje bowiem wyłącznie systematyka biologiczna. Układ nerwowy jest strukturą bardzo złożoną, dlatego jego wyewoluowanie musiało być procesem długotrwałym i wymagającym wielu współgrających z sobą czynników. Fakt, że pomiędzy żebropławami a pozostałymi zwierzętami, czyli organizmami posiadającymi układy nerwowe, znajdują się gąbki, które nie posiadają takiego układu, jest problematyczny z punktu widzenia systematyki biologicznej opartej na biologii ewolucyjnej. Nie jest to jednak odosobniony przypadek. Równie problematyczne jest na przykład podobieństwo oczu i układów wzrokowych kałamarnicy i człowieka, bowiem – jak twierdzą niektórzy uczeni – nie jest możliwe, aby cecha ta została odziedziczona po wspólnym przodku tak odległych od siebie gatunków¹².

Podsumowanie

Odkrycie, że układ nerwowy żebropławów funkcjonuje inaczej niż inne znane nam układy nerwowe, stanowi bardzo ważny wkład we współczesną naukę. Może ono bowiem podważyć ewolucjonistyczne podejście do systematyki biologicznej oraz większość dotychczasowej wiedzy z zakresu neuronauki, a w szczególności neurofizjologii. Niemniej odkrycie to pozwala na jeszcze szersze spojrzenie na problematykę neuronauki i pokazuje, że nawet jeśli jakaś koncepcja została obalona, tak jak koncepcja Golgiego, to jednak może jeszcze wrócić do łask w przypadku pojawienia się nowych świadectw naukowych.

Bartosz Bagrowski

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ikonka cyklu: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 23.7.2023

Literatura: