В 1928 г. Эрнст Шаррер (Е. Scharrer) постулировал, что некоторые клетки, названные нейросекреторными. проявляют свойства как нейронов, так и клеток эндокринных желез. Эта идея получила развитие в исследованиях Берты Шаррер и других авторов на беспозвоночных. Было показано, что такие клетки у них широко распространены. Особенно убедительные подтверждения теории дали работы с насекомыми.
Тела нейросекреторных клеток обычно собраны в центральной нервной системе в ганглионарные ядра (рис. 16.32). Их аксоны образуют вздутые окончания, тесно связанные с циркуляторной системой. Эти окончания могут быть объединены в офор-мленное тело (нейрогемалъный орган) или рассеяны по нейрогемалъной зоне на поверхности ганглия или нерва (рис. 16.33). Нейросекрет вырабатывается в телах клеток, переносится по аксонам течением аксо-плазмы и накапливается в окончаниях. Под электронным микроскопом видно, что он состоит из мельчайших секреторных гранул диаметром обычно 100—200 нм, которые отпочковываются аппаратом Гольджи. Активность нейросекреторных клеток возникает либо спонтанно, либо в результате синаптического возбуждения. Она вызывает прохождение потенциалов действия по аксонам, поступление ионов Са2+ в окончания и выделение гормона в кровяное русло за счет экзоцитоза (приложение 16.11).
Недавние открытия сгладили различие между нейросекреторными клетками и «обычными» нейронами. Нейроны, напоминающие нейросекреторные клетки, были описаны у книдарий и плоских червей, лишенных сосудистых систем. У гидры обнаружен головной активатор (табл. 16.1), очищенный в 1981 г. Шаллер (Schaller) с соавторами. Это вещество в концентрации I «гидра-эквивалент»/мл, т.е. менее 10~10 моль/л, вызывает in vitro регенерацию щупалец фрагментами тела. Интересно, что с помощью антител к этому пептиду в мозгу млекопитающих была обнаружена система содержащих его нейронов.
Более того, некоторые описанные на сегодняшний день нейроны функционируют как классические нейросекреторные клетки (т. е. секретируют гормоны), но лишены характерной для них цитологии. Другие нейроны, напротив, имея цитологию типичных нейросекреторных клеток, не выполняют их функций: вместо выделения секрета в циркуляторную систему они непосредственно контактируют с клетками-мишенями.Принципиальное сходство нейросекреторных и обычных нейронов доказывается секрецией многими, а возможно, и всеми нейронами (включая и те, что образуют обычные медиаторы) особых пептидов, хотя первоначально это считали специфическим свойством нейросекреторных клеток. Более того, типичные нейросекреторные клетки могут оказывать координированное воздействие на физиологию и поведение животного. В «сумковых клетках» моллюска Aplysia нейросекрет синтезируется в виде высокомолекулярного белка, или прогормона. В секреторных гранулах он расщепляется на более короткие фрагменты под действием ферментов, так что выделяется не единственный гормон, а «коктейль» пептидов. Один из них — «гормон откладки яиц» — через кровоток достигает гонад и индуцирует икрометание. Другой стимулирует нервные окончания и нейрогемальном комплексе, обеспечивая их максимальную активность. Ряд гормонов, включая гормон откладки яиц, диффундирует по всему абдоминальному ганглию и стимулирует особые нейроны, запускающие высокоспецифический тип поведения, сопровождающий икрометание.
Первым идентифицированным феромоном был бомбикол (см. табл. 16.1) — вещество, секретируемое самками тутового шелкопряда (Bombyx mori). В 1959 г. кульминацией его исследований стала работа Бутенандта (Butenandt) с сотрудниками, связанная с экстрагированием продуктов полумиллиона абдоминальных желез. Потрясает то, что единственная молекула бом-бикола, по-видимому, оказывает заметное воздействие на ольфакторный рецептор антенны самца, а 200 молекул, вызывающих 200 импульсов, достаточно для запуска поведенческого ответа. Самец начинает характерный зигзагообразный полет против ветра.
Более позднее исследование продемонстрировало важность смесей компонентов. Сочетание химических веществ, возможно, необходимо для возбуждения начального эффекта, например свойственного половому аттрактанту. Не исключено также, что один из компонентов оказывает первичное длиннодистанционное воздействие (например, аттрактивное), а другой — вторичное, на близком расстоянии (например, инициирует копуляцию). Даже бомбикол секрети-руется в сочетании с другим, сходным соединением — бомбикалем, тормозяще влияющим на полет. Вблизи друг от друга самцы многих бабочек стимулируют друг у друга секрецию полового феромона, вызывающего'реакцию у самки. Изучение подобных веществ, очевидно, имеет огромное потенциальное значение для борьбы с насекомыми-вредителями.
Феромоны очень важны для регулирования кастовой структуры общественных насекомых. Наиболее известный пример — секреция маточного молочка мандибуляр-ными железами матки медоносной пчелы. Два его компонента—9-оксодекановая и 9-гидроксидекановая кислоты—действуют как синергисты, тормозя развитие яичников у рабочих особей и постройку ими специальных ячеек, в которых развиваются матки. Когда матку удаляют из улья, это торможение снимается, и вместо нее развиваются новые активные в половом отношении самки. Это же «молочко» важно как половой аттрактант, а также во время роения и основания новой семьи.
Вещества, секретируемые особями одного вида, могут заметно влиять на другой и в этом случае называются аллолюнами. На них основаны взаимоотношения многих симбиотических организмов. У некоторых насекомых вещество, действующее как феромон на особей своего вида, влияет как ал-ломон на представителей другого, например привлекая паразитов. У аннелиды Nereis снижение концентрации гормона мозга вызывает нерест (после которого животное погибает), а паразиты-споровики (проти-сты), «настраиваясь» на этот сигнал, синхронизируют свое собственное размножение с размножением хозяина.
У бабочки дубового шелкопряда Antherea polyphemus, личинки которой питаются листьями красного дуба, к размножению приводит интересная последовательность химических сигналов. Алломон, образуемый листьями дуба, стимулирует у самки выделение нейросекреторного гормона, вызывающего выдвигание гениталий и секрецию феромона. Он привлекает самцов, и размножение происходит в месте, богатом пищей для развития следующего поколения.
У беспозвоночных гормоны участвуют в регуляции широкого спектра процессов. Ниже будут описаны лишь некоторые из этих механизмов.Некоторые гормоны выделяются в ответ на специфический стимул и действуют как «пусковой механизм», вызывая быстрый ответ по принципу «все или ничего». У морской звезды выметывание половых продуктов у особей каждого пола может быть вызвано инъекцией экстрактов радиа-льных нервов в полость тела взрослого животного. Странно, что участвующий в этом пептидный гормон («гонадостимулирую-щее вещество», или GSS), распространенный по всем радиальным нервам и в нервном кольце, по-видимому, секретируется слоем субкутикулярных опорных клеток (т.е. ненастоящими нейронами). Как он транспортируется по нервным тяжам и участвует ли в его переносе к тканям целомиче-ская жидкость, вопрос спорный. С этой необычной системой связано еще много нерешенных проблем.
Гонадостимулирующее вещество вызывает созревание гамет в яичниках или в их фрагментах in vitro, что, казалось бы, свидетельствует о его прямом действии. Однако на самом деле GSS стимулирует синтез и выделение второго вещества фолликулярными клетками гонад. Это «индуцирующее мейоз вещество» (MIS), как показал Кана-тани (Kanatani) с сотрудниками в 1969 г., оказалось 1-метиладенином (табл. 16.1).
MIS любопытным образом сочетает эндокринную и параэндокринную функции. Во-первых, оно влияет на фолликулярные клетки, которые его синтезируют, что приводит к их отделению от гамет и выделению последних через половые протоки. Во-вторых, MIS диффундирует через межклеточное пространство, индуцируя мейоз ооцитов. Наконец, оно диффундирует в це-ломическую жидкость и стимулирует сокращение мышц, участвующих в выметывании гамет, а у некоторых видов вызывает своего рода заботу о потомстве.Некоторые функции контролируются не единственным гормоном, а балансом антагонистических факторов. Углеводный, солевой и водный обмен часто регулируется именно таким путем, обеспечивающим быструю обратимость эндокринного эффекта.
У ракообразных изменение окраски носит физиологический характер, т.е. не связано с количеством пигмента, а обусловлено движением (или «миграцией») его гранул в клетках, называемых хроматофорами (рис. 16.34). Сами клетки при этом не изменяют формы и положения.Гормоны, контролирующие хроматофоры. обычно выделяются в ответ на внешние стимулы (освещение фона и т. д.), но в некоторых случаях их секреция подчиняется циркадианному или приливно-отливному ритму. Обычно наблюдаются два антагонистических гормона, один из которых вызывает рассеивание пигмента, а другой — его концентрирование. Однако в некоторых случаях на хроматофоры одного цвета влияет множество факторов, что приводит к различным окраскам тела.