Studie zveřejněná v časopise Nature Communications odhalila podtyp dotykových senzorů umístěných v hmatových fouskách, které se nacházejí blízko těžiště a opírají se o kolagenový prstenec fungující jako „stabilizační závaží“. Tímto způsobem potkani ignorují vibrace fousků a reagují s vysokou přesností pouze při kontaktu s vnějšími objekty.
Před více než dvaceti lety objevili vědci z Weizmannova institutu vědy fascinující jev: uvnitř fouskových folikulů potkanů se skrývá unikátní typ senzorických nervových buněk, které se chovají odlišně od všech dosud známých. Zatímco fousky potkanů se pohybují silně ze strany na stranu v rytmických pohybech, tyto buňky zůstávají zcela klidné, jako by je nic z toho netýkalo – a vysílají nervový signál jen tehdy, pokud fousky kontaktují nějaký vnější objekt. Vědci se tehdy ptali, jaký úžasný biologický inženýrství umožňuje senzoru ignorovat pohyb, který zvíře samo vytváří, a reagovat pouze na dotyk s okolním světem. Nyní, ve studii publikované v časopise Nature Communications, byla odhalena evoluční odpověď na tuto složitou inženýrskou výzvu.
Na rozdíl od běžných chlupů jsou fousky potkanů a dalších hlodavců, jako jsou myši nebo křečci, usazeny hluboko v pokožce ve specializovaných folikulech, z nichž každý obsahuje stovky mechanoreceptorů – senzorických neuronů, které převádějí mechanické deformace vzniklé dotykem nebo pohybem na elektrické signály vysílané do mozku. Před dvěma desetiletími profesorka Satomi Abara z Meiji University of Integrative Medicine v Kyotu, Japonsko, spolu se svými kolegy objevila širokou škálu typů mechanoreceptorů ve fouskových folikulech, přičemž každý z nich se nachází v odlišné vrstvě, tkáni a lokalizaci. Není však jasné, jak tyto rozdíly mezi mechanoreceptory ovlivňují jejich funkci.
„Potkani jsou velmi aktivní ve tmě a nemají vyvinuté noční vidění, proto jsou tak přesné fousky zásadní pro jejich přežití,“ uvedli. V podobném období výzkumníci Marcin Shvod, Dr. Kanaric Bagdasarian a profesor Ehud Ahissar z oddělení neurověd Weizmannova institutu zjistili, že mezi mechanoreceptory lze identifikovat dvě funkčně doplňkové skupiny. První, buňky, které přenášejí informace do mozku o pohybu samotných fousků bez ohledu na jejich kontakt s objekty v okolí, byly nazvány „neuronové vnímání pohybu“. Druhá, buňky aktivované kontaktem fousků s objekty v okolí, byly označeny „neuronové vnímání dotyku“. Tyto poslední zůstávají v klidu a nevysílají elektrické signály do mozku, pokud fousky vibrují ve volném vzduchu, aniž by se dotýkaly něčeho. Avšak toto zjištění vyvolalo záhadu: jak může senzorická nervová buňka reagovat pouze na jeden typ mechanického podnětu?
Ve své nové studii, kterou vedli výzkumník Taiga Morimoto a profesorka Abara ve spolupráci s profesorem Takahirom Porutou z Osacky a profesorem Ahissarem a Dr. Bagdasarianem z institutu, se vědci k této záhadě vrátili a pokusili se ji vyřešit dvacet let po prvním objevu s pomocí pokročilých výzkumných nástrojů, které tehdy nebyly k dispozici. Odkryli, že fouskový folikul potkana obsahuje celou řadu mechanických triků, které se vyvinuly během evoluce, umožňující vynikající rozlišení mezi vlastním pohybem a dotykem přicházejícím ze světa kolem.
V rámci nového výzkumu se vědcům podařilo charakterizovat unikátní subtyp mechanoreceptorů v fouskovém folikulu potkana, který je speciálně upraven pro detekci vnějšího dotyku. Tyto nervové buňky mají konce, které jsou podobné krátkým a tlustým tyčkám, připomínajícími baseballovou pálku, a jejich počet je přibližně 50 na každém fouskovém folikulu. Jedním z triků, které zabraňují těmto buňkám chybně reagovat na vlastní pohyb chlupů, je jejich umístění – všechny jsou umístěny v jednovrstvém prstenci blízko těžiště fouskového folikulu. Když fous vibrace, pohybuje se do kruhového pohybu kolem svého těžiště, přičemž těžiště samotné slouží jako osová bod, který téměř nepohybuje, což jej činí ideálním místem pro dotykové senzory, které mustí zůstat v klidu, když se fous silně vibruje, ale nedotýká se ničeho. Další trik przypomíná běžné inženýrské řešení pro mrakodrapy: stabilizační závaží. Uvnitř fouskového folikulu je hustý kolagenový prstenec, jehož hmotnost a zavěšení umožňují fungovat jako dynamické závaží, které snižuje deformace přenášené do citlivé oblasti, kde jsou umístěny tyto tyčkovité sensory během pohybu chlupů.
Když vědci zkoumali druhy, které nevibrují své fousky, aby se orientovaly v okolí, nenalezli stejné evoluční triky. U koček například prstenec držící fousky není zavěšen jako stabilizační závaží a vlákna kolagenu jsou méně hustá, což znamená, že tyčkovité sensory méně profiterují z mechanického izolace. Dále nejsou uspořádány v jednovrstvém uspořádání a jejich umístění není omezeno na stabilní těžiště folikulu jako u potkanů.
„Tato studie ukazuje, jak lze dosáhnout přesnosti vnímání v průběhu evoluce díky integrovanému designu pohybových vzorů, mechanických triků, anatomických struktur a nervových okruhů,“ popisuje profesor Ahissar. „Potkani, kteří jsou velmi aktivní ve tmě, nemají vyvinuté noční vidění, proto jsou přesné fousky, které jim pomáhají cítit svět, i když ho dobře nevidí, pro jejich přežití tak důležité.“
Vědecké údaje: Na každé straně nosu potkana je přibližně 35 fousků, které vibrují silně, když zkoumá své okolí, a každý z nich přenáší citlivé informace o pohybu a dotyku do mozku prostřednictvím stovky mechanoreceptorů umístěných v jeho folikulu.
