Медицинская пиявка Hirudo medicinalis

Медицинская пиявка Hirudo medicinalis- нейробиология: изучение локомоции; изучение
развития нервной системы в биологии.
Бояр Е.В, Мелоян М.Г.
Волгоградский Государственный Медицинский Университет
Медико-биологический факультет, направление «Биология», 1курс.
Волгоград, Россия
Medicinal leech Hirudo medicinalis - neurobiology: a study of locomotion; a study of the
development of the nervous system in biology.
Boyar E.V., Meloyan M.G.
Volgograd State Medical University
Medico-biological faculty, direction «Biology»
Volgograd, Russia
Нейробиология- раздел науки, изучающий нервные клетки и способ их организации в
нервную систему, управляющую поведением животного. Нейробиология -это относительно
молодая наука, но быстро развивающаяся. Разумеется, нейробиология занимается изучением
нервной системы не только человека, но и животных. Для человека используют
электроэнцефалография
(регистрация
биотоков
мозговой
ткани),
электромиография
(исследования скелетных мышц через регистрации их электрической активности). Животных
изучают более тщательно. Изучение нервной системы животных необходимо человеку, так
как благодаря этому он одновременно изучает свою. Дело в том, что нейроны, дендриты, а
также процессы, протекающие в них, не менялись в ходе эволюции. Исключение составляют
большие полушария человека. Поэтому человек в нейробиологии может исследовать самые
различные объекты. И будет огромным плюсом, если эти объекты будут дешевыми,
доступными и простыми. Мы в данной статье рассмотрим использование медицинской
пиявки(Hirudo medicinalis) в нейробиологии.
Особый интерес в нейробиологии для человека представляет локомоция. Локомоцияспособность организма самостоятельно и целенаправленно перемещаться в пространстве с
помощью эффективных механизмов. Изучение нервной системы ведет
к пониманию
быстрых и сложных двигательных процессов. Для этих исследований хорошо подходит
медицинская пиявка. На этом объекте можно тщательно изучить, как простые рефлексы
переходят в сложные действия. Пиявка животное способное передвигаться и на суше, и в
воде. Происходят оба эти передвижения по-разному. Во время плавания пиявка совершает
волнообразные движения, которые обеспечиваются благодаря попеременным сокращениям
дорсальных и вентральных мышечных групп. При перемещении же по твердой поверхности
пиявка использует кольцевые мышцы, которые расслаблены при плавании. Животное
укорачивается и растягивается, поочередно используя переднюю и заднюю присоски.
Обеспечением этих движении заинтересовался, как объектом исследования, Г. Стент и его
коллеги из Беркли. Стенту удалось выяснить, что действия обеспечивает нейронная сеть.
Главными элементами этой сети являются мотонейроны ( они расположены в дорсальных и
вентральных мышцах) и интернейроны(расположены в сегментарном ганглии), которые
управляют
мотонейронами
.
Сама
нейронная
сеть
представлена
ниже
(рис.
1)
Рис.1 . Нейронная сеть генераторов плавательных движений у пиявки. А. Периоды
активности
различных
нейронов
на
протяжении
локомоторного
цикла
(показаны
горизонтальными полосками). Б. Нервная система, генерирующая плавательный ритм.
Поперечная
черточка - возбуждающий синапс; черный кружочек- тормозный синапс;
стрелка с черточкой- выпрямляющий электрический синапс; пунктирные линии- связи, не
включенные в электронную модель. В. Активность «квазинейронов»- электронных аналогов
восьми нейронов, участвующих в управлении плаванием (выделенных жирными контурами
на схеме Б). (Friesen et al., 1976).
Это исследование помогло увидеть взаимодействие нейронов между собой, и каким
образом каждый нейрон связан с определенной фазой движения. Также с помощью этого
исследования и была построена нейронная сеть.
Используя как объект исследования медицинскую пиявку, и изучив ее локомоцию,
ученые столкнулись с явлением соматической чувствительности – при передвижении пиявка
огибала препятствия, или же переползала через них, следовательно, она получала
информацию от окружающей среды. Тем, что давало пиявке возможность проявления
сенсорной модальности, был наружный покров, отделяющий ее тело от внешней среды.
Но для того, чтобы изучить соматическую чувствительность кожного покрова,
необходимо было не только хорошо знать функции покрова, но и учитывать, что рецепторы,
находящиеся в нем, соответствуют адаптивным функциям исследуемого объекта. Пиявка,
как объект изучения локомоции и в результате этого, животное с хорошо изученной нервной
сетью, идеально подходила для изучения кожной модальности, физиологии сенсорных
нейронов и работы нервной системы в целом. Еще одно качество, из-за которого пиявка
была очень удобна для нейробиологических исследований это тот факт, что она вобрала в
себя большинство тех свойств нервной системы, свойственных беспозвоночным, которые
были важны именно для изучения в нейробиологическом направлении. Ее центральная
нервная система включает в себя центральную цепочку из 21 сегментарного ганглия,
хвостовой ганглии и, чуть больших размеров, «мозг», также коннективы и корешки, которые
в
свою
очередь
делятся
на
сенсорные
и
моторные.
Толщина ганглия составляет меньше 1 мм и он полностью прозрачен, что играет
существенную роль в опытах, позволяя рассматривать реакцию внутренней среды организма
объекта,
не
вскрывая
его
–
следовательно,
оставляя
в
живых.
Используя именно пиявку Дж. Николс с коллегами в Гарварде и Станфорде смогли
плодотворно изучить многие свойства нервной сигнализации. На рис.2 представлены
характерные
ответы
нервных
клеток
на
внешние
воздействия
Рис. 2. Соматосенсорные нейроны пиявки. А. Одиночный сегментарный ганглий; показана
локализация клеточных тел
нейронов, реагирующих на вредоносное воздействие (Н),
прикосновение (Т) и давление (Д). Б. Участок кожи, нервы которого связаны с ганглием; для
стимуляции сенсорных окончаний прикосновением или давлением
использован тонкий
стержень. В. Характерные ответы клеток Т, Д и Н на стимулы разных
типов и
интенсивностей , приложенные к коже. (Kuffler, Nicholls, 1976, с изменениями).
Данные, что удалось собрать в результате этих исследований, суммировали с данными более
ранних исследований беспозвоночных. Все это внесло колоссальный вклад в синтез
представлений о клеточной биологии нейрона. А специфичность, нервной системы медицинской
пиявки помогла составить правильное представление о работе нервной системы большинства
позвоночных. Также эти исследования внесли вклад в изучение развития нервной системы.
Список использованной литературы:
1. Нейробиология в 2-ух томах. Г. Шеперд – Пер. с англ. Москва 1987 г.
2. Основы нейрофизиологии: Учебное пособие для студентов вузов. Шульговский В.В. - М.:
Аспект Пресс, 2000. с. 277.