ما هو القاسم المشترك بين ولفيرين وديدبول وميدوسا؟ كل منهم لديه ميزة مذهلة - التجديد. بالطبع ، في القصص المصورة والأفلام ، هذه القدرة ، الشائعة بين عدد محدود جدًا من الكائنات الحية الحقيقية ، مبالغ فيها قليلاً (وأحيانًا إلى حد كبير) ، لكنها تظل حقيقية تمامًا. وما هو حقيقي يمكن تفسيره ، وهو ما قرر علماء من جامعة توهوكو (اليابان) القيام به في دراستهم الجديدة. ما هي العمليات الخلوية في جسم قنديل البحر المرتبطة بالتجديد ، وكيف تستمر هذه العملية ، وما هي القوى الخارقة الأخرى التي تمتلكها هذه المخلوقات الشبيهة بالهلام؟ سيخبرنا تقرير مجموعة البحث عن هذا. يذهب.
أساس البحث
بادئ ذي بدء ، يشرح العلماء سبب قرارهم تركيز انتباههم على قنديل البحر. الحقيقة هي أن معظم الأبحاث في مجال البيولوجيا تتم بمشاركة ما يسمى بالكائنات النموذجية: الفئران ، ذباب الفاكهة ، الديدان ، الأسماك ، إلخ. لكن هناك ملايين الأنواع على كوكبنا ، لكل منها قدرة فريدة أو أخرى. لذلك ، من المستحيل إجراء تقييم كامل لعملية التجديد الخلوي من خلال دراسة نوع واحد فقط ، وافتراض أن الآلية المدروسة ستكون مشتركة بين جميع الكائنات على الأرض.
أما بالنسبة لقنديل البحر ، فهذه المخلوقات بمظهرها وحده تتحدث عن تفردها الذي لا يسعه إلا أن يجذب انتباه العلماء. لذلك ، قبل الشروع في تشريح الدراسة نفسها ، تعرفت على شخصيتها الرئيسية.
كلمة "قنديل البحر" ، التي استخدمناها لتسمية مخلوق على هذا النحو ، تشير في الواقع فقط إلى مرحلة دورة حياة اللسعة من النوع الفرعي ميدوسوزوا. حصلت القراصات على مثل هذا الاسم غير المعتاد بسبب وجود الخلايا اللاذعة (cnidocyte) في أجسامهم ، والتي تستخدم للصيد والدفاع عن النفس. ببساطة ، عندما تلسعك قناديل البحر ، يمكنك أن تشكر هذه الخلايا على الألم والمعاناة.
تحتوي الخلايا Cnidocytes على كيسة cnidocyst ، وهي عضية داخل الخلايا مسؤولة عن التأثير "اللاذع". وفقًا لمظهرها ، وبالتالي ، طريقة التطبيق ، يتم تمييز عدة أنواع من الخلايا العصبية ، من بينها:
- مخترق - خيوط ذات نهايات مدببة تخترق جسم الضحية أو الجاني مثل الرماح ، عن طريق حقن السم العصبي ؛
- الجلوتينات - خيوط لزجة وطويلة تغلف الضحية (وليس أكثر العناق متعة) ؛
- المذيبات هي خيوط قصيرة يمكن أن تتشابك فيها الضحية بسهولة.
تفسر هذه الأسلحة غير القياسية بحقيقة أن قناديل البحر ، على الرغم من رشاقتها ، ليست كائنات ذكية بشكل خاص. السم العصبي الذي يدخل جسم الفريسة يشلها على الفور ، مما يمنح قنديل البحر الكثير من الوقت لاستراحة الغداء.
ميدوسا بعد مطاردة ناجحة.
بالإضافة إلى طريقة الصيد والدفاع غير المعتادة ، فإن قناديل البحر لها تكاثر غير عادي للغاية. تنتج الذكور الحيوانات المنوية ، وتنتج الإناث بيضًا ، بعد اندماجها تتشكل اليرقات ، وتستقر في القاع. بعد فترة من الوقت ، تنمو ورم خبيث من اليرقة ، والتي ، عند بلوغها مرحلة النضج ، ينفصل قنديل البحر الصغير حرفيًا (في الواقع ، يحدث التبرعم). وبالتالي ، هناك عدة مراحل من دورة الحياة ، إحداها هي جيل قنديل البحر أو قنديل البحر.
السيانيد المشعر ، المعروف أيضًا باسم "عرف الأسد".
إذا سُئل السيانيد المشعر عن كيفية زيادة كفاءة الصيد ، فستجيب - المزيد من اللوامس. يوجد حوالي 60 منهم في المجموع (مجموعات من 15 مجسات في كل ركن من أركان القبة). بالإضافة إلى ذلك ، يعتبر هذا النوع من قناديل البحر هو الأكبر ، لأن قطر القبة يمكن أن يصل إلى مترين ، ويمكن أن تمتد المجسات أثناء الصيد إلى 2 مترًا. الشيء الجيد هو أن هذه الأنواع ليست "سامة" بشكل خاص ، وبالتالي فهي ليست قاتلة للإنسان.
دبور البحر ، بدوره ، سيضيف الجودة إلى الكمية. يحتوي هذا النوع من قنديل البحر أيضًا على 15 مجسات (طولها 3 أمتار) في كل ركن من أركان القبة الأربعة ، لكن سمها أقوى بعدة مرات من سموم قريب كبير الحجم. يُعتقد أن السم العصبي الموجود في جسم دبور البحر يكفي لقتل 60 شخصًا في 3 دقائق. تعيش هذه العاصفة الرعدية في المنطقة الساحلية لشمال أستراليا ونيوزيلندا. وفقًا لبيانات من 1884 إلى 1996 ، توفي 63 شخصًا في أستراليا ، لكن هذه البيانات قد تكون غير دقيقة ، وقد يكون عدد المواجهات المميتة بين شخص ودبور البحر أعلى من ذلك بكثير. ومع ذلك ، وفقًا لبيانات الفترة 1991-2004 ، من بين 225 حالة ، تم نقل 8 ٪ فقط من الضحايا إلى المستشفى ، من بينها نتيجة واحدة مميتة (طفل يبلغ من العمر ثلاث سنوات).
دبور البحر
الآن عد إلى دراستنا اليوم.
من وجهة نظر الخلايا ، فإن أهم عملية في الحياة الكاملة لأي كائن حي هي تكاثر الخلايا - عملية نمو أنسجة الجسم من خلال تكاثر الخلايا عن طريق الانقسام. أثناء نمو الكائن الحي ، تنظم هذه العملية الزيادة في حجم الجسم. وعندما يتشكل الجسم بالكامل ، تنظم الخلايا المتكاثرة التبادل الفسيولوجي للخلايا واستبدال الخلايا التالفة بأخرى جديدة.
تم استخدام القراصات ، كونها مجموعة ذات صلة من الفروع الثنائية والمبكرة لتطور الكائنات متعددة الخلايا ، لدراسة العمليات التطورية لسنوات عديدة. لذلك ، الكائنات المجوفة ليست استثناء من حيث الانتشار. على سبيل المثال ، أثناء التطور الجنيني لشقائق النعمان البحرية النيماتوستيلا فيتنسيس يتم تنسيق تكاثر الخلايا مع تنظيم الظهارة ويشارك في تطوير اللوامس.
النيماتوستيلا فيتنسيس
من بين أشياء أخرى ، فإن الكائنات المجوفة ، كما نعلم بالفعل ، معروفة بقدراتها التجديدية. تعتبر سلائل هيدرا (جنس من تجاويف المياه العذبة من فئة الماء العذب) الأكثر شعبية بين الباحثين لمئات السنين. يبدأ الانتشار ، الذي يتم تنشيطه بواسطة الخلايا المحتضرة ، عملية تجديد رأس هيدرا القاعدية. يشير اسم هذا المخلوق ذاته إلى مخلوق أسطوري معروف بتجدده - Lernean Hydra ، والذي تمكن هرقل من هزيمته.
على الرغم من ارتباط القدرات التجديدية بالانتشار ، إلا أنه لا يزال من غير الواضح بالضبط كيف تسير هذه العملية الخلوية في ظل الظروف العادية في مراحل مختلفة من تطور الكائن الحي.
يعتبر قنديل البحر ، الذي له دورة حياة معقدة تتكون من مرحلتين من التكاثر (الخضري والجنسي) ، نموذجًا ممتازًا لدراسة التكاثر.
في هذا العمل ، لعب دور الفرد الرئيسي المدروس بواسطة قنديل البحر من النوع Cladonema pacificum. يعيش هذا النوع قبالة سواحل اليابان. في البداية ، يحتوي قنديل البحر هذا على 9 مخالب رئيسية ، والتي تبدأ في التفرع وزيادة الحجم (مثل الجسم كله) أثناء التطور إلى شخص بالغ. تتيح لك هذه الميزة دراسة جميع الآليات التي تشارك في هذه العملية بالتفصيل.
بالإضافة إلى كلادونيما باسيفيكوم نظرت الدراسة أيضًا في أنواع أخرى من قناديل البحر: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.
نتائج الدراسة
لفهم النمط المكاني لتكاثر الخلايا في كلادونيما ميدوسا ، استخدم العلماء تلطيخ 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU) ، الذي يميز الخلايا في S- المرحلة * أو الخلايا التي تجاوزتها بالفعل.
S- المرحلة * مرحلة دورة الخلية التي يحدث فيها تكاثر الحمض النووي.
نظرا إلى أن كلادونيما يزيد بشكل كبير في الحجم ويعرض المتفرعة من اللوامس أثناء التطوير (1A-1C) ، قد يتغير توزيع الخلايا المتكاثرة طوال فترة النضج.
الصورة # 1: ملامح تكاثر الخلايا في الشباب كلادونيما.
بسبب هذه الميزة ، كان من الممكن دراسة آلية تكاثر الخلايا في قنديل البحر الصغير (اليوم الأول) والناضج (اليوم 1).
في قنديل البحر الصغير ، تم العثور على خلايا إيجابية EdU بأعداد كبيرة في جميع أنحاء الجسم ، بما في ذلك umbel ، manubrium (العضو الداعم للفم في قنديل البحر) ، واللوامس ، بغض النظر عن وقت التعرض EdU (1D-1K и 1N-1O، EdU: 20 ميكرومتر (ميكرومولار) بعد 24 ساعة).
تم العثور على عدد غير قليل من الخلايا الإيجابية EdU في مانوبريوم (1F и 1G) ، ولكن في المظلة كان توزيعها موحدًا جدًا ، خاصة في الغلاف الخارجي للمظلة (إكسومبريلا, 1H-1K). في المجسات ، كانت الخلايا الإيجابية لـ EdU متجمعة للغاية (1N). جعل استخدام الواسمات الانقسامية (الجسم المضاد PH3) من الممكن التحقق من أن الخلايا الإيجابية لـ EdU هي خلايا تتكاثر. تم العثور على خلايا إيجابية PH3 في كل من المظلة والمصباح اللامع (1L и 1P).
في المجسات ، تم العثور على الخلايا الانقسامية بشكل رئيسي في الأديم الظاهر (1P) ، بينما كانت الخلايا المتكاثرة في المظلة موجودة في الطبقة السطحية (1M).
الصورة رقم 2: ميزات تكاثر الخلايا في Cladonema الناضجة جنسياً.
كما هو الحال في الأحداث ، في الأفراد الناضجين ، تم العثور على خلايا إيجابية EdU بأعداد كبيرة في جميع أنحاء الجسم. في المظلة ، كانت الخلايا الإيجابية لـ EdU موجودة في الطبقة السطحية أكثر من الطبقة السفلية ، وهو ما يشبه الملاحظات عند الأحداث (2A-2D).
لكن في المخالب ، كان الوضع مختلفًا إلى حد ما. تتجمع الخلايا الإيجابية لـ EdU عند قاعدة اللامسة (اللمبة) ، حيث تم العثور على مجموعتين على جانبي المصباح (2E и 2F). في الأفراد الشباب ، لوحظت أيضًا مجموعات مماثلة (1N)، أي. قد تكون بصيلات اللوامس هي المنطقة الرئيسية للتكاثر في جميع أنحاء المرحلة المتوسطة. ومن المثير للاهتمام ، أنه في مانوبريوم البالغين ، كان عدد الخلايا الإيجابية لـ EdU أعلى بكثير من الخلايا الصغيرة (2G и 2H).
والنتيجة الوسيطة هي أن تكاثر الخلايا يمكن أن يحدث بشكل موحد في مظلة قنديل البحر ، وفي مخالب هذه العملية تكون موضعية للغاية. لذلك ، يمكن افتراض أن تكاثر الخلايا المنتظم يمكن أن يتحكم في نمو الجسم وتوازن الأنسجة ، بينما تشارك مجموعات من الخلايا المتكاثرة بالقرب من المصابيح اللامسة في تشكل اللامسة.
فيما يتعلق بتطور الجسم على هذا النحو ، يلعب الانتشار دورًا مهمًا في نمو الجسم.
الصورة # 3: أهمية التكاثر في نمو جسم قنديل البحر.
من أجل اختبار ذلك عمليًا ، تابع العلماء نمو جسم قنديل البحر ، بدءًا من الشباب. من الأسهل تحديد حجم جسم قنديل البحر من خلال قبته ، حيث إنه ينمو بشكل متساوٍ وبتناسب مباشرة مع الجسم كله.
في ظل التغذية العادية في ظروف المختبر ، يزداد حجم القبة بشكل حاد بنسبة 54.8٪ خلال الـ 24 ساعة الأولى ، من 0.62 ± 0.02 مم 2 إلى 0.96 ± 0.02 مم 2. خلال الأيام الخمسة التالية من الملاحظات ، زاد الحجم ببطء وسلاسة حتى 5 ± 0.98 مم 0.03 (3А-3S).
قنديل البحر من المجموعة الأخرى ، التي كانت محرومة من الطعام ، لم ينمو بل انخفض (الخط الأحمر في الرسم البياني 3S). أظهر التحليل الخلوي لقنديل البحر الجائع وجود عدد منخفض للغاية من خلايا EdU: 1240.6 ± 214.3 في قنديل البحر من المجموعة الضابطة و 433.6 ± 133 في الجوع (3D-3H). قد تكون هذه الملاحظة دليلًا مباشرًا على أن التغذية تؤثر بشكل مباشر على عملية الانتشار.
لاختبار هذه الفرضية ، أجرى العلماء تحليلًا دوائيًا منعوا خلاله تقدم دورة الخلية باستخدام هيدروكسي كارباميد (CH4N2O2) ، وهو مثبط لدورة الخلية يسبب توقف G1. نتيجة لهذا التدخل ، اختفت خلايا المرحلة S التي تم اكتشافها مسبقًا باستخدام EdU (3I-3L). وهكذا ، فإن قنديل البحر الذي تعرض لـ CH4N2O2 لم يظهر نمو الجسم ، على عكس المجموعة الضابطة (3M).
كانت المرحلة التالية من الدراسة عبارة عن دراسة تفصيلية للمخالب المتفرعة لقنديل البحر من أجل تأكيد الافتراض بأن تكاثر الخلايا المحلية في المجسات يساهم في تكوينها.
الصورة # 4: تأثير التكاثر المحلي على نمو وتفريع مجسات قنديل البحر.
تحتوي مخالب قنديل البحر الصغير على فرع واحد ، ولكن مع مرور الوقت يزداد عددها. في ظل ظروف المختبر ، زاد التفرع 3 مرات في اليوم التاسع من الملاحظات (4А и 4S).
مرة أخرى ، عند استخدام CH4N2O2 ، لم يتم ملاحظة تفرع اللوامس ، وكان هناك فرع واحد فقط (4B и 4C). من الغريب أن إزالة CH4N2O2 من جسم قنديل البحر أعادت عملية تفرع اللوامس ، مما يشير إلى إمكانية عكس التدخل الدوائي. تشير هذه الملاحظات بوضوح إلى أهمية الانتشار للتطور اللامع.
القراصات لن تكون الكائنات المجوفة بدون الخلايا الخيطية (الخلايا العينية ، أي الكائنات المجوفة). في أنواع قنديل البحر Clytia hemisphaerica ، تزود الخلايا الجذعية في بصيلات المجسات الكيسات الخيطية بأطراف المجسات بدقة عن طريق تكاثر الخلايا. بطبيعة الحال ، قرر العلماء اختبار هذا البيان.
للكشف عن أي ارتباط بين الأكياس الخيطية والتكاثر ، تم استخدام صبغة تلطيخ نووي يمكنها تمييز بولي غلوتامات مركب في جدار النيماتوسيست (DAPI ، أي 4 '، 6-دياميدينو-2-فينيل إندول).
جعل تلطيخ Poly-γ-glutamate من الممكن تقدير حجم الخلايا الخيطية ، التي تتراوح من 2 إلى 110 ميكرومتر 2 (4D-4G). كما تم الكشف عن عدد من الأكياس الخيطية الفارغة ، أي تم استنفاد هذه الخلايا الخيطية (4D-4G).
تم اختبار نشاط الانتشار في مخالب قنديل البحر عن طريق فحص الفراغات في الخلايا الخيطية بعد منع دورة الخلية باستخدام CH4N2O2. كانت نسبة الخلايا الخيطية الفارغة في قنديل البحر بعد التدخل الطبي أعلى منها في المجموعة الضابطة: 11.4٪ ± 2.0٪ في قنديل البحر من المجموعة الضابطة و 19.7٪ ± 2.0٪ في قنديل البحر مع CH4N2O2 (4D-4G и 4H). لذلك ، حتى بعد النضوب ، تستمر الخلايا الخيطية في تزويدها بنشاط بخلايا طليعية للتكاثر ، مما يؤكد تأثير هذه العملية ليس فقط على تطور المجسات ، ولكن أيضًا على تكوين النيماتودا فيها.
كانت المرحلة الأكثر إثارة للاهتمام هي دراسة القدرات التجديدية لقنديل البحر. بالنظر إلى التركيز العالي للخلايا التكاثرية في البصلة اللامسة في قنديل البحر الناضج كلادونيماقرر العلماء دراسة تجديد المجسات.
الصورة # 5: تأثير الانتشار على التجدد اللامع.
بعد تشريح المجسات في القاعدة ، لوحظت عملية تجديد (5A-5D). خلال الـ 24 ساعة الأولى ، حدث التئام في منطقة الجرح (5B). في اليوم الثاني من الملاحظات ، بدأ الطرف في الإطالة وظهر المتفرعة (5S). في اليوم الخامس ، تشعبت المجسات بالكامل (5D) ، لذلك ، قد يتبع تجديد اللوامس التشكل الطبيعي بعد الاستطالة.
لفهم المرحلة الأولية من التجديد بشكل أفضل ، قام العلماء بتحليل توزيع الخلايا المتكاثرة باستخدام تلطيخ PH3 لتصور الخلايا الانقسامية.
بينما لوحظت الخلايا المنقسمة في كثير من الأحيان بالقرب من المنطقة المبتورة ، كانت الخلايا الانقسامية مشتتة في لمبات تحكم غير مقطوعة (5E и 5F).
كشف القياس الكمي للخلايا الإيجابية PH3 الموجودة في المصابيح المجسدة عن زيادة معنوية في الخلايا الإيجابية لـ PH3 في المصابيح اللامسة في مبتوري الأطراف مقارنةً بالضوابط (5G). في الختام ، فإن عمليات التجديد الأولية مصحوبة بزيادة نشطة في تكاثر الخلايا في المصابيح اللامسة.
تم التحقق من تأثير الانتشار على التجديد عن طريق منع الخلايا باستخدام CH4N2O2 بعد قطع اللامسة. في المجموعة الضابطة ، حدث إطالة اللامسة بعد بترها بشكل طبيعي ، كما هو متوقع. ومع ذلك ، في مجموعة CH4N2O2 ، لم يكن هناك استطالة على الرغم من التئام الجروح الطبيعي (5H). بمعنى آخر ، سيحدث الشفاء على أي حال ، لكن الانتشار ضروري لتجديد اللامسة بشكل صحيح.
أخيرًا ، قرر العلماء دراسة الانتشار في أنواع أخرى من قناديل البحر ، وتحديداً في سيتايس и راثكيا.
الصورة # 6: مقارنة الانتشار في قنديل البحر Cytaeis (يسار) و Rathkea (يمين).
У سيتايس لوحظ وجود خلايا إيجابية للميدوزا EdU في مانوبريوم ، والمصابيح اللامسة ، وفي الجزء العلوي من المظلة (6А и 6V). موقع الخلايا الإيجابية PH3 المحددة في سيتايس تشبه الى حد بعيد كلادونيما، ومع ذلك، هناك بعض الاختلافات (6C и 6D). ولكن في راثكيا تم العثور على الخلايا الموجبة لـ EdU والإيجابية PH3 بشكل حصري تقريبًا في منطقة manubrium والمصابيح اللامسة (6E-6H).
ومن الغريب أيضًا أن الخلايا المتكاثرة غالبًا ما يتم اكتشافها في كليتي قنديل البحر راثكيا (6E-6G) ، مما يعكس التكاثر اللاجنسي لهذا النوع.
بالنظر إلى المعلومات التي تم الحصول عليها ، يمكن افتراض أن تكاثر الخلايا يحدث في المصابيح المجسدة ليس فقط في نوع واحد من قنديل البحر ، على الرغم من وجود اختلافات بسبب الاختلاف في علم وظائف الأعضاء والتشكل.
لمزيد من التعارف المفصل مع الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بالنظر .
خاتمة
هرقل بوارو هو أحد الشخصيات الأدبية المفضلة لدي. لقد أولى المحقق الذكي دائمًا اهتمامًا خاصًا بالتفاصيل الصغيرة التي بدت غير مهمة للآخرين. يشبه العلماء كثيرًا المحققين الذين يجمعون كل الأدلة التي يمكنهم العثور عليها للإجابة على جميع أسئلة التحقيق ومعرفة "الجاني".
بغض النظر عن مدى وضوح ذلك ، إلا أن تجديد خلايا قنديل البحر يرتبط ارتباطًا مباشرًا بالتكاثر - وهي عملية متكاملة في تطور الخلايا والأنسجة ، ونتيجة لذلك ، الكائن الحي بأكمله. ستسمح دراسة أكثر دقة لهذه العملية الشاملة بفهم أفضل للآليات الجزيئية التي تكمن وراءها ، والتي بدورها لن توسع نطاق معرفتنا فحسب ، بل ستؤثر أيضًا بشكل مباشر على حياتنا.
الجمعة خارج القمة:
مسيرة قنديل البحر Aurelia ، التي أزعجها حيوان مفترس باسم غير عادي "قنديل البحر المقلي بالبيض" ، أي قنديل البحر المخفوق بالبيض (كوكب الأرض ، التعليق الصوتي - ديفيد أتينبورو).
لا ينطبق هذا على قنديل البحر ، لكن هذا المخلوق الذي يعيش في أعماق البحار (ارجموث على شكل بجعة) لا يمكن تصويره في كثير من الأحيان (رد فعل الباحثين مؤثر ببساطة).
شكرًا على المشاهدة ، ابق فضوليًا واستمتع بعطلة نهاية أسبوع رائعة للجميع! 🙂
أشكركم على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المحتوى المثير للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية للأصدقاء ، خصم 30٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من الخوادم المبتدئة ، والتي اخترعناها من أجلك: (متوفر مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا وحتى 40 جيجا بايت DDR4).
ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ هنا فقط في هولندا! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 جيجا هرتز 6C 128 جيجا بايت DDR3 2x960 جيجا بايت SSD 1 جيجا بايت في الثانية 100 تيرا بايت - من 99 دولارًا! أقرأ عن
المصدر: www.habr.com