Пантерный червь и эволюция мозга без специализированных областей

Если удалить у пантерного червя значительную часть головы, он всё ещё способен искать пищу. Но когда задача усложняется, нехватка нервной ткани становится заметной. Этот контраст заставляет иначе взглянуть на мозг: возможно, он не всегда состоит из набора обязательных специализированных отделов. Одни и те же вычисления могут распределяться между несколькими участками.

Такой вывод предлагают авторы препринта о морском черве Hofstenia miamia, или трёхполосом пантерном черве. Их работа ставит под сомнение простую эволюционную лестницу: сначала рассеянная нервная сеть, затем мозг с чётко разделёнными зонами. Наблюдения за одним современным видом, конечно, не показывают, как возникли первые мозги. Они говорят о другом: централизация нервной системы и слабая специализация её областей могут сосуществовать.

Плотный нейропиль, но почти без внутренних границ

В привычной схеме нервная сеть напоминает распределённую проводку, а мозг выглядит узлом, который собирает сигналы и направляет поведение. У H. miamia устройство лишь на первый взгляд кажется промежуточным. В голове червя есть плотный нейропиль, то есть скопление нервных отростков прямо под наружным слоем тела. Он связан с более редкими нервными волокнами, идущими в заднюю часть тела. Однако внутри плотного участка исследователи не обнаружили привычных устойчивых областей, долей или повторяющихся крупных соединений.

Авторы изучали нервную систему с помощью окрашивания живых тканей, иммунофлуоресценции и электронной микроскопии. Последняя позволила рассмотреть плотные пучки отростков: в одном небольшом срезе нейропиля исследователи сегментировали более 400 нервных отростков. Это данные о плотности и расположении ткани, а не полная карта того, какие именно нейроны соединены между собой и как сигналы проходят по цепям.

Строение заметно различалось даже у червей сходного возраста и размера, выращенных в одинаковых условиях. Число поверхностных скоплений клеток могло отличаться примерно в десять раз. Поэтому авторы говорят не только о слабой регионализации, но и о низкой стереотипности: одинаковые элементы не занимают у всех особей строго одинаковые места.

Что сохраняется после ампутации

Чтобы проверить, связаны ли анатомические особенности с работой мозга, исследователи сравнили поведение целых червей и животных, у которых удалили разные части головы. Когда добыча оставалась неподвижной, черви с крупными ампутациями всё ещё могли её находить и выполнять последовательность действий, необходимую для кормления. Быстрое восстановление не объясняет этот результат полностью: часть тестов проводили вскоре после ампутации, а в отдельных экспериментах регенерацию ограничивали.

Но сохранность поведения не означала, что разные части головы полностью взаимозаменяемы. Когда добычу было труднее обнаружить, потеря большей доли мозга снижала успешность поиска. В испытаниях с подвижной добычей черви с меньшим количеством нервной ткани хуже отслеживали её перемещения. После некоторых ампутаций авторы также заметили небольшие поведенческие различия. Простые действия могли сохраняться после потери ткани, тогда как более сложные задачи выявляли снижение точности.

Ампутационные опыты не доказывают, что «каждая часть мозга делает всё». Они показывают устойчивость ряда действий и зависимость результата от количества нервной ткани и сложности задачи. Как именно цепи обеспечивают такую устойчивость, сами поведенческие тесты не раскрывают.

Клетки и гены: проверка на регионализацию

Одной анатомии для этого вопроса недостаточно. Разные типы нейронов могут образовывать специализированные зоны, даже если их границы не видны в общей структуре. Поэтому команда объединила опубликованные данные одноклеточного секвенирования, выделила предполагаемые нейронные кластеры и выбрала гены-маркеры, по которым можно искать отдельные типы клеток. Затем исследователи проверили расположение этих маркеров в тканях с помощью гибридизации in situ.

Из 44 проверенных генов 21 показал экспрессию в мозге. Для этих маркеров исследователи оценили, насколько клетки собраны в ограниченных участках, и сравнили результат с моделями равномерного распределения. В целом маркеры не выявили выраженной пространственной специализации. Это согласуется с идеей распределённой организации, но не заменяет полной карты клеток и генов: вывод основан на выбранной панели маркеров и доступных данных о клеточных типах.

Авторы предлагают представить мозг червя как набор взаимодействующих «плиток» нервных цепей. По их гипотезе, каждая такая единица могла бы участвовать в нескольких вычислениях, а совместная работа множества единиц поддерживала бы целостное поведение. Точная схема соединений этих предполагаемых плиток пока неизвестна. Поэтому это объяснительная модель, а не реконструированная карта нейронных контуров.

От современного червя к древней эволюции

Самый смелый шаг авторов связан с происхождением мозга. Они допускают, что первые централизованные нервные системы могли возникнуть, когда рассеянная сеть уплотнилась, но ещё не разделилась на специализированные области. Регионализация могла усилиться позже. Другая эволюционная модель предполагает, что центрами формирования мозга стали древние органы чувств, подключённые к диффузной сети. Наблюдения за H. miamia делают первый сценарий правдоподобным, но не позволяют выбрать между двумя вариантами.

Чтобы различить эти сценарии, понадобятся сопоставимые исследования нескольких видов с разных ветвей эволюционного древа. Нужно не только описать расположение клеток, но и установить их молекулярные профили, восстановить реальные связи между ними и проверить активность контуров во время поведения. Дополнительные эксперименты должны показать, какие клетки и связи необходимы для конкретных действий. Только сравнительные данные вместе с функциональными проверками позволят связать устройство современных нервных систем с последовательностью древних изменений.

Работа Vikram Chandra и коллег опубликована на bioRxiv в версии 2 от 20 января 2026 года под названием «Распределённые нейронные вычисления и эволюция первых мозгов». Это препринт, то есть рукопись, ещё не сертифицированная рецензированием; полный текст и дополнительные материалы доступны на странице bioRxiv. Поэтому результаты стоит воспринимать как обоснованную, но пока не прошедшую независимую рецензию гипотезу. Она расширяет представление о возможных формах мозга: нервная система может быть централизованной и при этом слабо разделённой на специализированные области.

Для сравнения с тем, как исследователи проверяют границы выводов в нейронауке, можно прочитать материал о роли дендритного торможения в сохранении старых воспоминаний.

Источник

Vikram Chandra, Mehrana R. Nejad, Allison P. Kann, Ananya Salem, Karl A. P. Hill, Richard Schalek, Jeff Lichtman, L. Mahadevan, Mansi Srivastava. «Распределённые нейронные вычисления и эволюция первых мозгов». bioRxiv, версия 2, 20 января 2026 года. DOI: 10.1101/2025.10.03.680388.