Чутье у насекомых и млекопитающих основано на различных молекулярных механизмах
Обонятельные нейроны насекомых и млекопитающих устроены очень похоже. Числилось, что обонятельные сенсоры - белки, ответственные за восприятие запахов, - у этих животных тоже сходны и имеют общее происхождение. Оказалось, что это не так. Обонятельные системы насекомых и млекопитающих появились независимо друг от друга, а их сходство - итог конвергенции (параллельного развития).
В строении органов чутья у насекомых и млекопитающих много общего. В обеих группах имеются спец нервные клеточки - обонятельные нейроны. Покрытые ресницами кончики их «входных» отростков (дендритов) контактируют с наружной средой. В их оболочку (мембрану) вмонтированы особенные белки - обонятельные сенсоры (ОР), способные избирательно связываться с определенными молекулами (лигандами), присутствующими во наружной среде. Каждый сенсор «узнает» молекулы только 1-го типа.
ОР - достаточно длинноватые белки, имеющие сложную структуру. Каждый ОР пронизывает мембрану 7 раз, образуя несколько петель вне клеточки и в ней. Когда внешняя часть сенсора связывается с лигандом, внутренняя часть сенсора меняет свою конформацию и тем передает сигнал вовнутрь клеточки, что в итоге приводит к возбуждению нейрона (генерации нервного импульса). Импульс передается по аксону («выходному» отростку нейрона) в особый отдел нервной системы, ответственный за восприятие обонятельной инфы (у млекопитающих он именуется «обонятельной луковицей»). Каждый обонятельный нейрон имеет только один тип обонятельных рецепторов и принимает, соответственно, только один вид запахов. Аксоны нейронов, имеющих один и тот же сенсор, идут все совместно в строго определенный участок обонятельной луковки.
Всё произнесенное справедливо и для животных, и для насекомых. Сходство обонятельных систем, казалось бы, свидетельствует об их едином происхождении. Потому было принято считать, что эти системы унаследованы млекопитающими и насекомыми от их общего предка, неизвестного простого двусторонне-симметричного животного, жившего более полумиллиарда годов назад.
Ученые из Рокфеллеровского института (New-york, США) проявили, что это не так. Оказалось, что ОР насекомых и млекопитающих работают по-разному и имеют разную структуру. Главное отличие заключается в том, что у насекомых, в отличие от млекопитающих, ОР работают не в одиночку, а в комплексе со особым белком OR83b. Этот белок по собственной структуре похож на обыденные ОР, и потому формально классифицируется как сенсор, но его функция оставалась неясной. В отличие от обычных ОР, которые у различных насекомых различные, белок OR83b очень консервативен, другими словами его строение у всех насекомых приблизительно идиентично. Каждый обонятельный нейрон насекомых, таким макаром, производит не один, а два сенсора: обычный ОР, ответственный за восприятие какого-то определенного аромата, и OR83b. У мухи Drosophila melanogaster имеется более 60 различных ОР (и, соответственно, столько же типов обонятельных нейронов), а белок OR83b у всех этих нейронов один и тот же. У мыши обилие обонятельных рецепторов еще выше (более 1000), а аналогов белка OR83b у млекопитающих, по-видимому, нет.
Слева: органы чутья (антенна) и вкуса (хоботок) у мухи дрозофилы. В центре: кончик антенны с чувствительными волосками - сенсиллами. Справа: схема строения обонятельного нейрона. из статьи в PloS Biology
Для чего же нужен насекомым белок OR83b? Исследователи узнали, что нейрон с «выключенным» геном OR83b продолжает создавать ОР, соответствующий для данного нейрона, но этот белок остается в цитоплазме и не попадает на кончики дендритов и поэтому не может делать свою функцию. Выяснилось, что молекула ОР может попасть на мембрану и нормально работать исключительно в комплексе с OR83b. Сам белок OR83b, вобщем, попадает на свое «рабочее место» и в одиночку, без ОР. Возможно, OR83b служит типичным транспортным средством, доставляющим ОР из цитоплазмы на мембрану дендрита. Но этим функции OR83b не исчерпываются: он остается связанным с ОР и на мембране, и, по-видимому, каким-то образом помогает ему в работе.
Обнаружились также значительные различия в строении самих ОР у насекомых и млекопитающих. Похоже, эти сенсоры по-разному производят передачу сигнала вовнутрь клеточки.
Исследователи считают, что выявленные ими различия в молекулярных механизмах чутья свидетельствуют о независящем происхождении обонятельных систем у насекомых и млекопитающих. Сходство в строении этих систем, как следует, является результатом параллельного развития - конвергенции.
Создатели считают, что их открытие поможет в разработке высокоэффективных, строго избирательных репеллентов. Но значение этой работы, естественно, не сводится к радужной перспективе разработки нового средства от комаров. Обнаружение нового броского примера параллельного развития в очень дальних друг от друга группах - принципиальный вклад в эволюционную теорию. Меж иным, степень конвергентного сходства обонятельных систем насекомых и млекопитающих возможно окажется даже выше, чем это показано в статье. Совершенно не так давно было установлено, что в неких обонятельных нейронах млекопитающих (так именуемых вомероназальных нейронах, ответственных за восприятие феромонов и индивидуальных запахов) сенсоры тоже работают не в одиночку, а в комплексе с другими «рецептороподобными» молекулами. Но у млекопитающих в роли «помощников» обонятельных рецепторов выступает не OR83b, а другие белки, относящиеся к семейству иммуноглобулинов.
В строении органов чутья у насекомых и млекопитающих много общего. В обеих группах имеются спец нервные клеточки - обонятельные нейроны. Покрытые ресницами кончики их «входных» отростков (дендритов) контактируют с наружной средой. В их оболочку (мембрану) вмонтированы особенные белки - обонятельные сенсоры (ОР), способные избирательно связываться с определенными молекулами (лигандами), присутствующими во наружной среде. Каждый сенсор «узнает» молекулы только 1-го типа.
ОР - достаточно длинноватые белки, имеющие сложную структуру. Каждый ОР пронизывает мембрану 7 раз, образуя несколько петель вне клеточки и в ней. Когда внешняя часть сенсора связывается с лигандом, внутренняя часть сенсора меняет свою конформацию и тем передает сигнал вовнутрь клеточки, что в итоге приводит к возбуждению нейрона (генерации нервного импульса). Импульс передается по аксону («выходному» отростку нейрона) в особый отдел нервной системы, ответственный за восприятие обонятельной инфы (у млекопитающих он именуется «обонятельной луковицей»). Каждый обонятельный нейрон имеет только один тип обонятельных рецепторов и принимает, соответственно, только один вид запахов. Аксоны нейронов, имеющих один и тот же сенсор, идут все совместно в строго определенный участок обонятельной луковки.
Всё произнесенное справедливо и для животных, и для насекомых. Сходство обонятельных систем, казалось бы, свидетельствует об их едином происхождении. Потому было принято считать, что эти системы унаследованы млекопитающими и насекомыми от их общего предка, неизвестного простого двусторонне-симметричного животного, жившего более полумиллиарда годов назад.
Ученые из Рокфеллеровского института (New-york, США) проявили, что это не так. Оказалось, что ОР насекомых и млекопитающих работают по-разному и имеют разную структуру. Главное отличие заключается в том, что у насекомых, в отличие от млекопитающих, ОР работают не в одиночку, а в комплексе со особым белком OR83b. Этот белок по собственной структуре похож на обыденные ОР, и потому формально классифицируется как сенсор, но его функция оставалась неясной. В отличие от обычных ОР, которые у различных насекомых различные, белок OR83b очень консервативен, другими словами его строение у всех насекомых приблизительно идиентично. Каждый обонятельный нейрон насекомых, таким макаром, производит не один, а два сенсора: обычный ОР, ответственный за восприятие какого-то определенного аромата, и OR83b. У мухи Drosophila melanogaster имеется более 60 различных ОР (и, соответственно, столько же типов обонятельных нейронов), а белок OR83b у всех этих нейронов один и тот же. У мыши обилие обонятельных рецепторов еще выше (более 1000), а аналогов белка OR83b у млекопитающих, по-видимому, нет.
Слева: органы чутья (антенна) и вкуса (хоботок) у мухи дрозофилы. В центре: кончик антенны с чувствительными волосками - сенсиллами. Справа: схема строения обонятельного нейрона. из статьи в PloS Biology
Для чего же нужен насекомым белок OR83b? Исследователи узнали, что нейрон с «выключенным» геном OR83b продолжает создавать ОР, соответствующий для данного нейрона, но этот белок остается в цитоплазме и не попадает на кончики дендритов и поэтому не может делать свою функцию. Выяснилось, что молекула ОР может попасть на мембрану и нормально работать исключительно в комплексе с OR83b. Сам белок OR83b, вобщем, попадает на свое «рабочее место» и в одиночку, без ОР. Возможно, OR83b служит типичным транспортным средством, доставляющим ОР из цитоплазмы на мембрану дендрита. Но этим функции OR83b не исчерпываются: он остается связанным с ОР и на мембране, и, по-видимому, каким-то образом помогает ему в работе.
Обнаружились также значительные различия в строении самих ОР у насекомых и млекопитающих. Похоже, эти сенсоры по-разному производят передачу сигнала вовнутрь клеточки.
Исследователи считают, что выявленные ими различия в молекулярных механизмах чутья свидетельствуют о независящем происхождении обонятельных систем у насекомых и млекопитающих. Сходство в строении этих систем, как следует, является результатом параллельного развития - конвергенции.
Создатели считают, что их открытие поможет в разработке высокоэффективных, строго избирательных репеллентов. Но значение этой работы, естественно, не сводится к радужной перспективе разработки нового средства от комаров. Обнаружение нового броского примера параллельного развития в очень дальних друг от друга группах - принципиальный вклад в эволюционную теорию. Меж иным, степень конвергентного сходства обонятельных систем насекомых и млекопитающих возможно окажется даже выше, чем это показано в статье. Совершенно не так давно было установлено, что в неких обонятельных нейронах млекопитающих (так именуемых вомероназальных нейронах, ответственных за восприятие феромонов и индивидуальных запахов) сенсоры тоже работают не в одиночку, а в комплексе с другими «рецептороподобными» молекулами. Но у млекопитающих в роли «помощников» обонятельных рецепторов выступает не OR83b, а другие белки, относящиеся к семейству иммуноглобулинов.