Биологията – науката за живите организми – понякога неизбежно разглежда живота по малко опростен начин.

В зависимост от метода, с който изследваме даден организъм, лесно можем да пропуснем важни взаимовръзки. Микроскопите ни разкриват най-фините детайли в тялото, дисекциите са ни помогнали да опознаем отделните органи, а рентгеновите изображения ни дават по-цялостна представа за вътрешните системи.

Досега обаче беше трудно да се проследи как живите клетки общуват помежду си в различните системи. По традиция те се изследват поотделно, макар че организмът всъщност функционира като единно цяло.

Мост между клетката и целия организъм

Сега учените са открили начин да наблюдават как клетките от различни части на тялото комуникират една с друга. Резултатите от изследването им са представени в списание Nature.

„Тази разработка свързва две основни равнища в биологията – клетката и организма – и така ни позволява да запълним празнината в досегашните ни възможности за наблюдение“, казва специалистът по изчислителна невронаука Виржини Рютен, разработила техниката заедно с екип от Медицинския институт „Хауърд Хюз“ в САЩ.

„Липсваше ни информация за някои наистина фундаментални свойства просто защото е изключително трудно да се наблюдават клетъчните реакции в толкова голям мащаб.“

Как работи системата WHOLISTIC

Новата техника за изобразяване е наречена WHOLISTIC – съкращение от WHole-Organism Live-Imaging System for recording Tissue and IntraCellular activity, или „система за наблюдение на цял жив организъм, която регистрира тъканната и вътреклетъчната активност“. Тя улавя клетъчната активност в цялото тяло, секунда по секунда.

До момента Рютен и колегите ѝ са използвали техниката, за да заснемат в реално време сигналните процеси при животни с естествено прозрачни тела. Първоначално те работят с ларви на риба зебра, а след това и с друг вид сладководна риба – Danionella cerebrum, която остава прозрачна и след достигането на зряла възраст.

И двата вида са важни моделни организми в научните изследвания.

Възможността да се наблюдава как клетките в телата им комуникират между различните органни системи би могла да помогне на учените да разберат как работят сходните механизми и в човешкия организъм.

Калцият кара клетките да светят

Калцият служи като почти универсален сигнал, чрез който клетките общуват помежду си. Той участва във всевъзможни биологични процеси, а калциевите сигнали играят важна роля и в комуникацията между различните тъкани. Калцият подпомага съкращаването на мускулите и предаването на сигнали през синапсите. Той е от решаващо значение както в началото на живота, когато половите клетки се сливат при оплождането, така и в неговия край, когато се задейства програмираната клетъчна смърт.

При техниката WHOLISTIC чрез генно инженерство почти всяка клетка в организма се кара да произвежда флуоресцентни сензори за калций. Тези сензори буквално светват, когато равнището на калций в клетките се промени.

Само един флуоресцентен канал е достатъчен, за да бъдат разпознати различните органи и тъкани по характерната им визуална текстура. Областите с жълто „сияние“ показват по-силна флуоресценция на калциевия сензор. (Ruetten et al., Nature, 2026)

„Знаем, че еволюцията е създала работещи организми, но за нея няма значение дали дадена функция се изпълнява в префронталната кора на мозъка, или чрез връзка между мозъчния ствол и пикочния мехур“, казва невробиологът Миша Аренс, в чиято лаборатория е проведено изследването.

„Тази техника позволява на всички тези научни области – физиологията, невронауката, науката за поведението и клетъчната биология – да се свържат и да изследват различните процеси едновременно в едно и също животно.“

Неочаквани реакции към студ и кетамин

Този подход за наблюдение на цялото тяло вече е довел до няколко неочаквани открития.

Учените например виждат как калциевите сензори в хондроцитите на рибите – основните клетки, изграждащи хрущялната тъкан – светват в отговор на студа.

Изследователите с изненада установяват също, че на кетамина реагират не само невроните, но и менингите – защитните тъканни обвивки на мозъка.

Ритмите на тялото стават видими

Когато разглеждат процесите в по-голям мащаб, учените успяват да видят ритмите на тялото с безпрецедентна яснота.

„На равнището на множество органи методът разкри непознати съвместни действия между мускулите, както и взаимодействия между мускулите и органите“, съобщават авторите в научната си публикация.

„На равнището на целия организъм методът улови как мозъчният ствол управлява преразпределянето на кръвния поток в тялото.“

Екипът се надява, че учени от цял свят ще могат да прилагат метода в собствените си изследвания. Той би им предоставил безпрецедентна възможност да изучават организма като единно, взаимосвързано цяло.

Изследването е публикувано в списание Nature.