Как осьминоги ощущают вкус щупальцами

Особые (ультраспециализированные) белки позволяют осьминогам и кальмарам пробовать поверхность своими присосками — и эти белки адаптированы к образу жизни каждого животного.


И осьминоги, и кальмары используют присоски на своих конечностях, чтобы схватить добычу и одновременно попробовать её на вкус. Исследователи описали, как головоногие моллюски «пробуют на ощупь» и как эволюция снабдила их идеальными сенсорными способностями для их образа жизни. Сразу две научные статьи на эту тему опубликовали в британском научном журнале Nature («Природа»).

Биологи проанализировали структуру рецепторов в присосках животных. Рецепторы воспринимают информацию, которая позволяет морскому существу ощущать вкус химических веществ на поверхности предметов в воде.

Головоногие моллюски, к которым относятся осьминоги и кальмары, долгое время восхищали нейробиологов, потому что их мозг и сенсорные системы не похожи на те, что встречаются у любых других животных. У осьминогов, например, в щупальцах больше нейронов, чем в центральном мозге. Такая структура позволяет каждому щупальцу функционировать независимо, как будто у неё есть свой собственный мозг. И исследователям давно известно, что сотни присосок на каждом щупальце могут и осязать окружающую среду, и пробовать её на вкус. Хотелось понять, как именно это происходит.

Молекулярный биолог Николас Беллоно из Гарвардского университета в Кембридже, штат Массачусетс, и его группа изучали калифорнийского осьминога Octopus bimaculoides. Это создание легко отличить по двум голубым пятнам на голове. Биологи наткнулись на характерную структуру на поверхности щупалец животного. Николас Беллоно предположил, что эта структура действовала как рецептор для химических веществ в окружающей среде. Он связался с нейробиологом Райаном Хиббсом из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Тот как раз изучает рецепторы, архитектурно похожие на структуры осьминога, обнаруженные командой Беллоно. Оба типа воспринимающих клеток состоят из пяти бочкообразных белков, сформированных как трубки.

Когда исследователи посмотрели на геном осьминога, то обнаружили 26 генов для этих бочкообразных белков. Смешивание белков создаёт миллионы различных комбинаций пяти типов, которые определяют различные вкусы. Исследователи обнаружили, что рецепторы осьминога имеют тенденцию взаимодействовать с молекулами, которые не растворяются в воде. И высказали предположение, что особые белки предназначены для обнаружения химических веществ на таких поверхностях, как кожа рыбы, морское дно или кладка яиц с будущим потомством.

Авторы считают, что наличие большого разнообразия молекул в присосках может позволить осьминогу быстро, напрямую, определять, что он пробует на вкус, без необходимости отправлять эту информацию в центральный мозг для обработки.

Во втором исследовании в Nature Беллоно, Хиббс и их коллеги изучали, как особые химические рецепторы возникли у головоногих моллюсков. Рецепторы, по-видимому, произошли от тех, которые используют многие другие организмы для отправки сигналов через нервную систему.

Исследователи сравнили рецепторы осьминога с рецепторами, обнаруженными в присосках щупалец полосатой каракатицы Sepioloidea lineolata. И обнаружили, что рецепторы каракатицы реагируют на молекулы с горьким вкусом. Это наводит на мысль, что каракатица может принять или отвергнуть добычу, основываясь на этом конкретном вкусе.

Анализ геномов кальмаров и осьминогов показал, что рецепторы эволюционировали независимо после того, как предки этих двух групп существ разошлись около 300 миллионов лет назад, приобретя со временем новые свойства. Потребность в разных типах рецепторов имеет смысл: кальмары плавают в воде, видят свою добычу и выпускают щупальца, чтобы схватить её. А это означает, что их присоски не ощущают вкуса рыбы, пока не прикоснутся к ней. Но и для осьминогов, которые, как правило, сидят на морском дне и ощупывают добычу, наличие множества чувствительных присосок имеет решающее значение.