В болоте слепых лягушка с одним глазом, хирургическим путем приложенным к его спине, является королем. Исследователи нашли способ пересадить глазное яблоко на позвоночник слепого головастика, присуждающий определенную степень видения — первые доказательства, что функциональный вид может произойти до сих пор от мозга.
Такое исследование обещает дать ученым лучшее понимание того, как пересаженная ткань соединяется с нервной системой, прокладывая путь к улучшенным регенеративным методам лечения в людях.Ученые переместили глаза лягушки прежде. В 2003 исследователи пересадили их в различных пунктах вокруг головы. Неуместное органы вытянуло передающие информацию нервные волокна, известные как аксоны в мозг животного.
Но ученые не были в состоянии определить, полностью функциональны ли такие пересаженные глаза.Теперь, биологи развития из Университета Тафтса в Медфорде, Массачусетс, создали новый способ проверить, видят ли пересаженные глаза, а также определить, как далеко далеко от мозговой визуальной способности может простираться.
Ведущий автор исследования, Майкл Левин, и его коллега Дуглас Блэкистон взяли головастиков африканской когтистой лягушки (Xenopus laevis), глаза которого были хирургическим путем удалены и пересаженные глазные яблоки «дарителя» — один за головастика — вдоль различных пунктов на спине. Всего, исследователи, прооперированные на 230 головастиках и сравненные их производительность в легкой реакции, проверяют с подобными числами неповрежденных головастиков и ослепленных головастиков без пересадок.Чтобы определить, как животные реагировали на изменения в свете, бригада разместила головастиков индивидуально в чашки Петри, которые могли быть освещены или красным или синим светом.
В то время как под красным светом, головастики были послушны и медленно плавали. Под синим светом, тем не менее, они двинулись намного более быстро.Здесь, исследователи сочли что-то странным. Слепые головастики без глаз все еще реагировали когда измененный свет. «У Вас есть фонарь, и Вы блистаете он на [слепых] головастиках, и они взлетают, они изменяют масштаб изображения вокруг блюда», говорит Левин.
Глаза, это казалось, были ненужными для ответа на свет.Поскольку изменение цвета света не могло указать, были ли пересаженные глаза головастиков функциональны, исследователи, превращенные к более сложному эксперименту. Они сделали чашки Петри наполовину красными и наполовину синими.
Головастики, рисковавшие в красную часть, получили умеренный удар током, и Левина и Блэкистона, зарегистрированного, какие животные в конечном счете учились избегать красной стороны.Несмотря на то, что они могли реагировать на изменения в свете, слепые головастики никогда не учились избегать потрясаться. Для них Левин думает, что «существует своего рода раздражительная программа, продолжающаяся», в которых светочувствительных клетках — исследователи не уверены, которые — обходят мозг и непосредственно поощряют мышцы в движение.
Таким образом эти автоматические импульсы не могут помочь ослепить животных, учатся.Напротив, приблизительно 10% головастиков с пересаженными глазами смогли учиться избегать красной стороны чашки Петри, по сравнению с приблизительно 40% головастиков с неповрежденными глазами. Смотря ближе на получателей пересадки, Левин и Блэкистон заметили различия в способах, которыми глаза сформировали аксональные связи.
Когда новая ткань вводится, Левин объясняет, она отсылает аксоны для создания связей с тканью хозяина. У этих головастиков, аксоны глаз, почти универсально связанные или со спинным мозгом или с пищеварительным трактом. Только головастики, пересаженные глаза которых сформировали связи со спинным мозгом, которым управляют для изучения; глаза, вместо этого соединившиеся с пищеварительным трактом, были очевидно бесполезны. Исследователи сообщают о своих результатах онлайн сегодня в Журнале Экспериментальной Биологии.
Левин говорит, что исследование является важным шагом в понимании ученых того, что делает пересаженный орган функциональным и как информационные потоки между этими органами и нервной системой, включая мозг. Существуют очевидные различия между спинным мозгом человека и лягушка, он говорит, но «нет никаких принципиальных различий, означая, что я не вижу оснований [подобные эксперименты] в конечном счете не работали бы [в людях]», говорит Левин. Люди не могли бы хотеть запасные глазные яблоки на спинах, но тот же метод мог быть полезен для роста новых органов для замены поврежденных, или для развития методов лечения для восстановления поврежденных связей нерва.Результаты Левина и Блэкистона важны, потому что они демонстрируют впервые, что животные могут извлечь уроки из сенсорной информации, предоставленной органом, пересаженным к неместному положению, говорит Карен Эчеверри, биолог развития в Миннесотском университете, Городах-побратимах, кто прежде всего изучает регенерацию конечности у саламандр. «То, что животные действительно показывают, что изученный ответ очень интересен», говорит она. «Это довольно убедительно».
Уильям Харрис, нейробиолог в Кембриджском университете в Соединенном Королевстве, добавляет в электронном письме, что посредством исследований как этот, ученые «могут учиться понимать странные вводы», который критически важен по отношению к строительным техникам как бионические руки.