Сайт активно развивается. Статьи, схемы и интерактивные модели могут содержать неточности. Если заметили ошибку — пожалуйста, напишите через виджет обратной связи внизу справа. Будем очень благодарны за каждую находку.

Сотворено природой Начальный

Полная перезагрузка: гистолиз, имагинальные диски и выжившая память

Метаморфоз — единственная известная биологическая система, которая полностью разбирает организм на молекулярные компоненты и собирает принципиально другое существо. При этом поведенческая память выживает.

Длительность
чтение — 15–20 минут
Бюджет
0 ₽
Возраст
12–99 лет
Сложность
Начальный
#метаморфоз #гистолиз #имагинальные диски #память #бабочки #эво-дево #голометаболия

Схема носит иллюстративный характер и может содержать упрощения. Если вы заметили неточность — воспользуйтесь кнопкой обратной связи.

Задача, которую решает метаморфоз

Гусеница и бабочка живут в совершенно разных нишах. Гусеница — медленная, прожорливая, почти неподвижная: она потребляет листья и накапливает биомассу. Бабочка — крылатая, у большинства видов не питающаяся, существующая несколько недель ради размножения и расселения.

Это, по существу, два разных организма с общим геномом. Решение, к которому природа пришла ~300 миллионов лет назад, — полный метаморфоз (голометаболия). Не постепенная перестройка. Не последовательная замена частей. Полный демонтаж и сборка заново.


Три фазы

Фаза 1: гусеница

Личинка непрерывно потребляет органическое вещество и накапливает его в тканях. КПД конверсии корма в биомассу у Manduca sexta достигает 30–40% — лучше, чем у большинства позвоночных.

Параллельно в теле гусеницы с самого рождения присутствуют скрытые структуры, почти не функционирующие в личиночной стадии.

Фаза 2: куколка

Внутри куколки запускается гистолиз — ферментативное растворение большинства тканей в однородную клеточную суспензию. Мышцы, кишечник, жировое тело, значительная часть нервной системы — всё разбирается на молекулярные компоненты.

Потом из той же суспензии строится принципиально другой организм: с крыльями, другой нервной системой, другим ротовым аппаратом, другим способом передвижения.

Фаза 3: имаго

Взрослое насекомое использует те же молекулярные компоненты, что составляли гусеницу, — но в принципиально другой конфигурации. Практически вся накопленная биомасса переиспользуется.


Имагинальные диски

Как организм знает, что строить из «супа»?

В теле гусеницы с самого рождения присутствуют имагинальные диски — компактные группы недифференцированных клеток, «законсервированных» на всё время личиночной стадии. Каждый диск даёт начало конкретной структуре взрослого насекомого: диск крыла, диск глаза, диск ноги, диск антенны.

Гистолиз их не трогает. Они защищены от ферментов, активных в окружающем «супе».

Как именно они защищены, как именно из дисков строятся взрослые структуры — работают регуляторные сети генов, морфогенные градиенты, межклеточная сигнализация. Это многоуровневый процесс, который продолжают исследовать.


Нерешённая проблема: выжившая память

В 2008 году биологи Блэкистон и Вайс (Джорджтаун) обнаружили: гусеницы, обученные избегать определённого запаха, после метаморфоза продолжали его избегать. Взрослые бабочки сохраняли условный рефлекс, сформированный ещё в личиночной стадии.

Синаптические связи при гистолизе уничтожаются. Значит, поведенческая память хранится не только в синаптических весах — или часть нейронной архитектуры переживает перестройку.

Механизм неизвестен. Это открытый вопрос.


🗺 Карта открытий

ОткрытиеКтоГод
Описание имагинальных дисковЯн Сваммердам1669
Гормональная регуляция метаморфоза (экдизон)Карл Буттенандт1954
Ювенильный гормон как тормоз метаморфозаВинсент Виглсворт1930–40-е
Генетика имагинальных дисков (Hox-гены)Льюис, Нюсляйн-Фольхард1978–1995
Память гусеницы переживает метаморфозБлэкистон, Вайс2008
Механизм переноса поведенческой памятиОткрытый вопрос?

Почему это важно

Гусеница и бабочка — это один организм, переживший полный демонтаж и пересборку. Имагинальные диски выживают в условиях, при которых остальные ткани растворяются. Поведенческая память переходит через метаморфоз способом, который мы не понимаем.

Три факта, каждый из которых ставит свои вопросы о природе развития, памяти и биологической преемственности. Ни на один из них нет полного ответа.

Что почитать

Книги

  • Карл Циммер. Эволюция. Триумф идеи (2001) есть на русском Глава о метаморфозе: что на самом деле происходит внутри куколки и как эволюция пришла к этому решению.
  • Шон Кэрролл. Бесконечная форма прекраснейшая (2005) есть на русском Эво-дево: как генетические переключатели управляют радикальными изменениями формы тела. Имагинальные диски — ключевая глава.

Статьи

  • Blackiston, Weiss. Retention of Memory through Metamorphosis: Can a Moth Remember What It Learned As a Caterpillar? (2008) — PLOS ONE doi:10.1371/journal.pone.0001736 Экспериментальное доказательство: гусеница обучена избегать запаха, взрослая бабочка продолжает избегать.
  • Truman, Riddiford. The origins of insect metamorphosis (1999) — Nature doi:10.1038/46308 Эволюционное происхождение полного метаморфоза — как и зачем природа изобрела эту систему.
Обратная связь
Тип обращения
Ваша оценка
Сообщение
Подтверждение
Загрузка...

без персональных данных