Què tenen en comú Wolverine, Deadpool i Medusa? Tots ells tenen una característica sorprenent: la regeneració. Per descomptat, en còmics i pel·lícules, aquesta habilitat, comuna entre un nombre molt limitat d'organismes vius reals, és lleugerament (i de vegades molt) exagerada, però segueix sent força real. I el que és real es pot explicar, que és el que van decidir fer els científics de la Universitat de Tohoku (Japó) en el seu nou estudi. Quins processos cel·lulars del cos d'una medusa estan associats amb la regeneració, com es desenvolupa aquest procés i quins altres superpoders tenen aquestes criatures semblants a la gelatina? L'informe del grup de recerca ens ho explicarà. Aneu.
Base de recerca
En primer lloc, els científics expliquen per què van decidir centrar la seva atenció en les meduses. El cas és que la major part de la recerca en el camp de la biologia es realitza amb la participació dels anomenats organismes model: ratolins, mosques de la fruita, cucs, peixos, etc. Però hi ha milions d'espècies al nostre planeta, cadascuna de les quals té una o altra capacitat única. Per tant, és impossible avaluar completament el procés de regeneració cel·lular estudiant només una espècie, i suposar que el mecanisme estudiat serà comú a totes les criatures de la Terra.
Pel que fa a les meduses, aquestes criatures, només pel seu aspecte, parlen de la seva singularitat, que no poden deixar de cridar l'atenció dels científics. Per tant, abans de procedir a la dissecció de l'estudi en si, em vaig familiaritzar amb el seu personatge principal.
La paraula "medusa", a la qual anomenàvem una criatura com a tal, en realitat només es refereix a l'etapa del cicle vital de l'agulló del subtipus. Medusozous. Cnidaria va rebre un nom tan inusual a causa de la presència de cèl·lules urticants (cnidòcits) al seu cos, que s'utilitzen per a la caça i l'autodefensa. En poques paraules, quan et pica una medusa, pots agrair a aquestes cèl·lules el dolor i el sofriment.
Els cnidòcits contenen cnidocyst, un orgànul intracel·lular responsable de l'efecte "urticant". Segons la seva aparença i, en conseqüència, el mètode d'aplicació, es distingeixen diversos tipus de cnidòcits, entre els quals es troben:
- penetrants: fils amb extrems punxeguts que perforan el cos d'una víctima o delinqüent com llances, injectant una neurotoxina;
- glutinants: fils enganxosos i llargs que embolcallen la víctima (no les abraçades més agradables);
- Els volvents són fils curts en els quals la víctima es pot enredar fàcilment.
Aquestes armes no estàndard s'expliquen pel fet que les meduses, tot i que són gràcils, no són criatures especialment àgils. La neurotoxina que entra al cos de la presa la paralitza a l'instant, la qual cosa dóna a la medusa molt de temps per a una pausa per dinar.
Medusa després d'una caça reeixida.
A més del mètode inusual de caça i defensa, les meduses tenen una reproducció molt inusual. Els mascles produeixen espermatozoides, i les femelles produeixen ous, després de la fusió dels quals es formen les plànules (larves) que s'instal·len al fons. Al cap d'un temps, de la larva creix un pòlip, de la qual, en arribar a la seva maduresa, les meduses joves es trenquen literalment (de fet, es produeix la brotació). Així, hi ha diverses etapes del cicle vital, una de les quals és la generació de meduses o meduses.
Cianur pelut, també conegut com a "crinera de lleó".
Si li demanessin al cianur pelut com augmentar l'eficiència de la caça, ella respondria: més tentacles. N'hi ha uns 60 en total (grups de 15 tentacles a cada cantonada de la cúpula). A més, aquest tipus de meduses es considera la més gran, perquè el diàmetre de la cúpula pot arribar als 2 metres, i els tentacles durant la caça poden estendre's fins a 20 metres. El millor és que aquesta espècie no és especialment "verinosa", per tant, no és mortal per als humans.
La vespa marina, al seu torn, afegiria qualitat a la quantitat. Aquesta espècie de medusa també té 15 tentacles (3 m de llarg) a cadascuna de les quatre cantonades de la cúpula, però el seu verí és moltes vegades més fort que el d'un parent de gran mida. Es creu que la neurotoxina del cos d'una vespa marina és suficient per matar 60 persones en 3 minuts. Aquesta tempesta tronada viu a la zona costanera del nord d'Austràlia i Nova Zelanda. Segons dades de 1884 a 1996, 63 persones van morir a Austràlia, però aquestes dades poden ser inexactes i el nombre de trobades mortals entre una persona i una vespa marina pot ser molt més gran. No obstant això, segons dades de 1991-2004, entre 225 casos, només el 8% de les víctimes estaven hospitalitzats, entre els quals hi va haver un resultat mortal (un nen de tres anys).
Vespa de mar
Ara tornem al nostre estudi d'avui.
Des del punt de vista de les cèl·lules, el procés més important de tota la vida de qualsevol organisme és la proliferació cel·lular: el procés de creixement dels teixits corporals mitjançant la reproducció de cèl·lules per divisió. Durant el creixement de l'organisme, aquest procés regula l'augment de la mida corporal. I quan el cos està totalment format, les cèl·lules en proliferació regulen l'intercanvi fisiològic de cèl·lules i la substitució de les danyades per unes de noves.
Els cnidaris, en ser un grup relacionat de branques bilaterals i primerenques del desenvolupament d'organismes pluricel·lulars, s'han utilitzat per estudiar processos evolutius durant molts anys. Per tant, els cnidaris no són una excepció pel que fa a la proliferació. Per exemple, durant el desenvolupament embrionari de l'anemona de mar Nematostella vectensis la proliferació cel·lular es coordina amb l'organització de l'epiteli i està implicada en el desenvolupament dels tentacles.
Nematostella vectensis
Entre altres coses, els cnidaris, com ja sabem, són coneguts per les seves capacitats regeneratives. Els pòlips d'hidra (un gènere de celenterats sèssils d'aigua dolça de la classe dels hidroides) s'han considerat els més populars entre els investigadors durant centenars d'anys. La proliferació, activada per cèl·lules moribundes, inicia el procés de regeneració del cap de la hidra basal. El mateix nom d'aquesta criatura al·ludeix a una criatura mítica coneguda per la seva regeneració: l'Hidra de Lerne, que Hèrcules va poder derrotar.
Tot i que les habilitats regeneratives s'han relacionat amb la proliferació, encara no està clar com es desenvolupa aquest procés cel·lular en condicions normals en les diferents etapes del desenvolupament de l'organisme.
Les meduses, que tenen un cicle vital complex que consta de dues etapes de reproducció (vegetativa i sexual), serveixen com un excel·lent model per estudiar la proliferació.
En aquest treball, la medusa de l'espècie Cladonema pacificum va tenir el paper de principal individu estudiat. Aquesta espècie viu a la costa del Japó. Inicialment, aquesta medusa té 9 tentacles principals, que comencen a ramificar-se i augmentar de mida (com tot el cos) durant el desenvolupament fins a un adult. Aquesta característica permet estudiar amb detall tots els mecanismes que intervenen en aquest procés.
a més de Cladonema pacificum l'estudi també va analitzar altres tipus de meduses: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.
Resultats de l'estudi
Per entendre el patró espacial de la proliferació cel·lular a Cladonema medusa, els científics van utilitzar la tinció de 5-etinil-2'-desoxiuridina (EdU), que marca les cèl·lules en Fase S* o cèl·lules que ja l'han passat.
Fase S* Fase del cicle cel·lular en què es produeix la replicació de l'ADN.
Considerant això Cladonema augmenta dràsticament de mida i presenta ramificacions dels tentacles durant el desenvolupament (1A-1C), la distribució de les cèl·lules proliferants pot canviar al llarg de la maduració.
Imatge #1: Característiques de la proliferació cel·lular en Cladonema jove.
A causa d'aquesta característica, va ser possible estudiar el mecanisme de proliferació cel·lular tant en meduses joves (dia 1) com madures (dia 45).
En les meduses joves, les cèl·lules EdU positives es van trobar en gran nombre a tot el cos, incloses l'umbel·la, el manubri (l'òrgan de suport de la boca a les meduses) i els tentacles, independentment del temps d'exposició a EdU.1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 µM (micromolar) després de 24 hores).
Es van trobar força cèl·lules EdU positives al manubri (1F и 1G), però al paraigua la seva distribució era molt uniforme, sobretot a la carcassa exterior del paraigua (paraigua, 1H-1K). Als tentacles, les cèl·lules EdU positives estaven molt agrupades (1N). L'ús d'un marcador mitòtic (anticòs PH3) va permetre comprovar que les cèl·lules positives per EdU són cèl·lules en proliferació. S'han trobat cèl·lules PH3 positives tant al paraigua com al bulb del tentacle (1L и 1P).
En els tentacles, les cèl·lules mitòtiques es van trobar principalment a l'ectoderm (1P), mentre que al paraigua es localitzaven cèl·lules proliferants a la capa superficial (1M).
Imatge #2: Característiques de la proliferació cel·lular en Cladonema sexualment madur.
Com en els juvenils, també en els individus madurs, les cèl·lules EdU positives es van trobar en gran nombre a tot el cos. Al paraigua, les cèl·lules EdU positives es van localitzar més sovint a la capa superficial que a la inferior, cosa que és similar a les observacions en juvenils (2A-2D).
Però en els tentacles, la situació era una mica diferent. Cèl·lules EdU positives agrupades a la base del tentacle (bulb), on es van trobar dos grups a banda i banda del bulb (2E и 2F). En individus joves també es van observar grups similars (1N), és a dir els bulbs dels tentacles poden ser la principal zona de proliferació al llarg de l'etapa medusoide. Curiosament, en el manubri d'adults, el nombre de cèl·lules positives per EdU va ser significativament més gran que en els joves (2G и 2H).
El resultat intermedi és que la proliferació cel·lular es pot produir de manera uniforme al paraigua d'una medusa, i als tentacles aquest procés està molt localitzat. Per tant, es pot suposar que la proliferació cel·lular uniforme pot controlar el creixement corporal i l'homeòstasi dels teixits, mentre que els grups de cèl·lules proliferants a prop dels bulbs de tentacles estan implicats en la morfogènesi dels tentacles.
Pel que fa al desenvolupament del cos com a tal, la proliferació té un paper important en el creixement del cos.
Imatge #3: La importància de la proliferació en el creixement del cos d'una medusa.
Per tal de provar-ho a la pràctica, els científics van seguir el creixement del cos de les meduses, començant per individus joves. El més fàcil és determinar la mida del cos d'una medusa per la seva cúpula, ja que creix de manera uniforme i en proporció directa a tot el cos.
En alimentació normal en condicions de laboratori, la mida de la cúpula augmenta bruscament en un 54.8% durant les primeres 24 hores, de 0.62 ± 0.02 mm2 a 0.96 ± 0.02 mm2. Durant els següents 5 dies d'observacions, la mida va augmentar lentament i sense problemes fins a 0.98 ± 0.03 mm2 (3A-3S).
Les meduses de l'altre grup, que es van privar de menjar, no van créixer, sinó que van disminuir (línia vermella al gràfic 3S). L'anàlisi cel·lular de meduses famolencs va mostrar la presència d'un nombre extremadament baix de cèl·lules EdU: 1240.6 ± 214.3 en meduses del grup control i 433.6 ± 133 en les famolencs (3D-3H). Aquesta observació pot ser una evidència directa que la nutrició influeix directament en el procés de proliferació.
Per provar aquesta hipòtesi, els científics van realitzar una anàlisi farmacològica durant la qual van bloquejar la progressió del cicle cel·lular mitjançant la hidroxicarbamida (CH4N2O2), un inhibidor del cicle cel·lular que provoca l'aturada de G1. Com a resultat d'aquesta intervenció, les cèl·lules de fase S detectades prèviament mitjançant EdU van desaparèixer (3I-3L). Així, les meduses exposades a CH4N2O2 no van mostrar creixement corporal, a diferència del grup control (3M).
La següent etapa de l'estudi va ser un estudi detallat dels tentacles ramificats de les meduses per tal de confirmar la suposició que la proliferació cel·lular local als tentacles contribueix a la seva morfogènesi.
Imatge #4: Efecte de la proliferació local sobre el creixement i la ramificació dels tentacles de les meduses.
Els tentacles d'una medusa jove tenen una branca, però amb el temps el seu nombre augmenta. En condicions de laboratori, la ramificació va augmentar 3 vegades el novè dia d'observacions (4A и 4S).
De nou, quan s'utilitzava CH4N2O2, no es va observar la ramificació dels tentacles i només hi havia una branca (4B и 4C). Curiosament, l'eliminació de CH4N2O2 del cos de les meduses va restablir el procés de ramificació dels tentacles, cosa que indica la reversibilitat de la intervenció de fàrmacs. Aquestes observacions indiquen clarament la importància de la proliferació per al desenvolupament dels tentacles.
Els cnidaris no serien cnidaris sense nematòcits (cnidòcits, és a dir, cnidaris). A les espècies de meduses Clytia hemisphaerica, les cèl·lules mare dels bulbs dels tentacles proporcionen nematocists a les puntes dels tentacles precisament per la proliferació cel·lular. Naturalment, els científics van decidir provar aquesta afirmació.
Per detectar qualsevol associació entre nematocists i proliferació, es va utilitzar una taca nuclear que pot marcar poli-γ-glutamat sintetitzat a la paret dels nematocists (DAPI, és a dir, 4',6-diamidino-2-fenilindol).
La tinció de poli-γ-glutamat va permetre estimar la mida dels nematòcits, variant de 2 a 110 μm2 (4D-4G). També es van detectar una sèrie de nematocists buits, és a dir, es van esgotar aquests nematocits (4D-4G).
L'activitat de proliferació en tentacles de meduses es va provar examinant els buits dels nematòcits després de bloquejar el cicle cel·lular amb CH4N2O2. La proporció de nematòcits buits en les meduses després d'una intervenció mèdica va ser superior a la del grup control: 11.4% ± 2.0% en meduses del grup control i 19.7% ± 2.0% en meduses amb CH4N2O2 (4D-4G и 4H). Per tant, fins i tot després de l'esgotament, els nematòcits continuen subministrant-se activament amb cèl·lules precursores de la proliferació, la qual cosa confirma la influència d'aquest procés no només en el desenvolupament dels tentacles, sinó també en la nematogènesi en ells.
L'etapa més interessant va ser l'estudi de les capacitats regeneratives de les meduses. Donada l'alta concentració de cèl·lules proliferatives en el bulb del tentacle de les meduses madures Cladonema, els científics van decidir estudiar la regeneració dels tentacles.
Imatge #5: Efecte de la proliferació sobre la regeneració dels tentacles.
Després de la dissecció dels tentacles a la base, es va observar un procés de regeneració (5A-5D). Durant les primeres 24 hores, la curació es va produir a la zona de la incisió (5B). El segon dia d'observacions, la punta va començar a allargar-se i van aparèixer ramificacions (5S). El cinquè dia, el tentacle estava completament ramificat (5D), per tant, la regeneració dels tentacles pot seguir la morfogènesi normal dels tentacles després de l'allargament.
Per entendre millor l'etapa inicial de la regeneració, els científics van analitzar la distribució de cèl·lules proliferants mitjançant la tinció de PH3 per visualitzar cèl·lules mitòtiques.
Tot i que sovint s'observaven cèl·lules en divisió prop de l'àrea amputada, les cèl·lules mitòtiques es van dispersar en bulbs de control tentaculars sense tallar (5E и 5F).
La quantificació de cèl·lules PH3 positives presents als bulbs de tentacles va revelar un augment significatiu de cèl·lules positives PH3 en bulbs de tentacles en persones amputades en comparació amb els controls (5G). Com a conclusió, els processos regeneratius inicials van acompanyats d'un augment actiu de la proliferació cel·lular en els bulbs dels tentacles.
La influència de la proliferació en la regeneració es va comprovar bloquejant les cèl·lules amb CH4N2O2 després de tallar el tentacle. En el grup control, l'allargament del tentacle després de la seva amputació es va produir amb normalitat, com s'esperava. Tanmateix, en el grup CH4N2O2, no hi va haver elongació malgrat la cicatrització normal de les ferides (5H). En altres paraules, la curació es produirà de totes maneres, però la proliferació és necessària per a una regeneració adequada del tentacle.
Finalment, els científics van decidir estudiar la proliferació en altres tipus de meduses, concretament en Cytaeis и Rathkea.
Imatge #6: Comparació de la proliferació a les meduses Cytaeis (esquerra) i Rathkea (dreta).
У Cytaeis Es van observar cèl·lules positives per medusa EdU al manubri, els bulbs dels tentacles i a la part superior del paraigua (6A и 6V). Ubicació de cèl·lules PH3 positives identificades a Cytaeis molt semblant a Cladonema, però, hi ha algunes diferències (6C и 6D). Però a les Rathkea Les cèl·lules EdU positives i PH3 positives es van trobar gairebé exclusivament a la regió dels bulbs de manubri i tentacles (6E-6H).
També és curiós que sovint es detectessin cèl·lules en proliferació als ronyons de les meduses Rathkea (6E-6G), que reflecteix la reproducció asexual d'aquesta espècie.
Atesa la informació obtinguda, es pot suposar que la proliferació cel·lular es produeix en els bulbs de tentacles no només en una espècie de medusa, encara que hi ha diferències per la diferència de fisiologia i morfologia.
Per a un coneixement més detallat dels matisos de l'estudi, recomano mirar .
Epíleg
Un dels meus personatges literaris preferits és Hercule Poirot. El detectiu astut sempre prestava especial atenció als petits detalls que semblaven poc importants als altres. Els científics són molt semblants als detectius que recullen totes les proves que poden trobar per respondre a totes les preguntes de la investigació i esbrinar el "culpable".
Per molt que sembli obvi, però la regeneració de les cèl·lules de les meduses està directament relacionada amb la proliferació, un procés integral en el desenvolupament de cèl·lules, teixits i, com a resultat, tot l'organisme. Un estudi més minuciós d'aquest procés exhaustiu permetrà una millor comprensió dels mecanismes moleculars que hi són subjacents, que, al seu torn, ampliaran no només el ventall del nostre coneixement, sinó que també afectaran directament les nostres vides.
Divendres fora de dalt:
La marxa de la medusa Aurelia, pertorbada per un depredador amb el nom inusual de "medusa d'ou ferrat", és a dir. meduses d'ou remenat (Planet Earth, veu en off - David Attenborough).
No s'aplica a les meduses, però aquesta criatura de les profunditats (boca grossa en forma de pelicà) no és tan sovint possible fotografiar (la reacció dels investigadors és simplement commovedora).
Gràcies per mirar-nos, sigueu curiosos i passeu un bon cap de setmana a tothom! 🙂
Gràcies per quedar-te amb nosaltres. T'agraden els nostres articles? Vols veure més contingut interessant? Doneu-nos suport fent una comanda o recomanant als amics, 30% de descompte per als usuaris d'Habr en un únic anàleg de servidors d'entrada, que hem inventat per a tu: (disponible amb RAID1 i RAID10, fins a 24 nuclis i fins a 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 vegades més barat? Només aquí als Països Baixos! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 Ghz 6C 128 GB DDR3 2 x 960 GB SSD 1 Gbps 100 TB - a partir de 99 $! Llegeix sobre
Font: www.habr.com