Chì anu in cumunu Wolverine, Deadpool è Jellyfish? Tutti anu una funzione maravigghiusa - a regenerazione. Di sicuru, in i fumetti è i filmi, sta capacità, cumuna trà un numeru estremamente limitatu di organismi viventi veri, hè ligeramente (è qualchì volta assai) esagerata, ma ferma assai reale. E ciò chì hè reale pò esse spiegatu, chì hè ciò chì i scientisti di l'Università Tohoku (Giappone) anu decisu di fà in u so novu studiu. Chì prucessi cellulari in u corpu di una medusa sò assuciati cù a regenerazione, cumu si procede stu prucessu, è chì altri superpoteri anu questi criaturi gelatinosi? U rapportu di u gruppu di ricerca ci dirà di questu. Vai.
Basi di ricerca
Prima di tuttu, i scientisti spieganu perchè anu decisu di focalizà a so attenzione nantu à e meduse. U fattu hè chì a maiò parte di a ricerca in u campu di a biologia hè realizata cù a participazione di l'urganismi mudelli chjamati: topi, mosche di frutta, vermi, pesci, etc. Ma u nostru pianeta hè casa di milioni di spezie, ognunu di i quali hà una o una altra capacità unica. In cunseguenza, hè impussibile di valutà cumplettamente u prucessu di rigenerazione cellulare studiendu una sola spezia, è assume chì u mecanismu studiatu serà cumunu à tutti i criaturi di a Terra.
In quantu à e meduse, sti criaturi, per u so aspettu stessu, parranu di a so unicità, chì ùn ponu micca attirà l'attenzione di i scientisti. Dunque, prima di inizià a dissezione di a ricerca stessu, aghju scontru u so caratteru principale.
A parolla "medusa", chì simu abituati à chjamà a criatura cum'è tali, in realtà si riferisce solu à u stadiu di u ciculu di vita di u subtipu cnidarian. medusozoa. I Cnidariani ricivutu un nome cusì inusual per a prisenza di cellule stinging (cnidocytes) in i so corpi, chì sò usati per a caccia è l'autodifesa. Simply put, quandu vi stung da una medusa, pudete ringrazià queste cellule per u dulore è u soffrenu.
I cnidociti cuntenenu cnidocysts, un organellu intracellulare rispunsevuli di l'effettu "stinging". Sicondu u so aspettu è, per quessa, u metudu di applicazione, sò distinti parechji tipi di cnidocytes, trà quali sò:
- penetranti - filamenti cù estremità puntate chì perforanu u corpu di a vittima o l'offensore cum'è lance, injecting una neurotoxin;
- glutinanti - i fili appiccicose è longu chì avvolgenu a vittima (micca l'abbracciu più piacevule);
- Volvents sò fili brevi in quale a vittima pò esse facilmente entangled.
Tali armi non standard sò spiegate da u fattu chì e meduse, anchi grazia, ùn sò micca criaturi particularmente agile. A neurotoxina chì entra in u corpu di a preda istantaneamente paraliza, chì dà à a medusa assai tempu per una pausa di pranzu.
Medusa dopu una caccia successu.
In più di u so metudu inusual di caccia è di difesa, e meduse anu una ripruduzzione assai inusual. I masci producenu sperma, è e femine pruducianu ova, dopu à a fusione di quali planulae (larvae) sò furmati, si stallanu à u fondu. Dopu un pocu tempu, un polipu cresce da a larva, da quale, quandu ghjunghje à a maturità, i ghjovani meduse literalmente si sparghje (in fattu, u budding si trova). Cusì, ci sò parechje tappe di u ciculu di vita, unu di i quali hè a generazione medusa o medusoid.
Cyanea pelosa, cunnisciuta ancu com'è criniera di leone.
Se a cyanea pilosa hè stata dumandata cumu per aumentà l'efficienza di a caccia, risponderebbe - più tentaculi. Ci sò circa 60 di elli in totale (clusters di 15 tentaculi à ogni angulu di a cupola). Inoltre, stu tipu di medusa hè cunsideratu u più grande, perchè u diametru di a cupola pò ghjunghje sin'à 2 metri, è i tentaculi ponu stende à 20 metri durante a caccia. Fortunatamente, sta spezia ùn hè micca particularmente "tossica" è per quessa ùn hè micca fatale per l'omu.
A vespa di mare, à u turnu, aghjunghje a qualità à a quantità. Stu tipu di medusa hà ancu 15 tentaculi (3 m di lunghezza) nantu à ognunu di i quattru anguli di a cupola, ma u so velenu hè parechje volte più forte di quellu di u so grande parente. Hè cresce chì a vespa di mare hà abbastanza neurotoxin per tumbà 60 persone in 3 minuti. Questa tempesta di i mari campa in a zona custiera di l'Australia sittintriunali è a Nova Zelanda. Sicondu i dati da u 1884 à u 1996, 63 persone sò morti in Australia, ma questi dati ponu esse imprecisi, è u numeru di scontri fatali trà l'omu è i vespe marini pò esse assai più altu. In ogni casu, sicondu i dati per u 1991-2004, trà 225 casi, solu 8% di e vittime sò stati hospitalizzati, cumpresa una morte (un zitellu di trè anni).
Avia vinu
Avà vultemu à u studiu chì guardemu oghje.
Da u puntu di vista di e cellule, u prucessu più impurtante in a vita sana di qualsiasi urganismu hè a proliferazione cellulare - u prucessu di crescita di i tessuti di u corpu per a ripruduzzione cellulare per divisione. Durante a crescita di u corpu, stu prucessu regula l'aumentu di a dimensione di u corpu. È quandu u corpu hè cumplettamente furmatu, i celluli proliferanti regulanu u scambiu fisiulogicu di e cellule è a sustituzione di quelli danucati cù novi.
I Cnidariani, cum'è un gruppu fraternu di bilateriani è i primi metazoani, sò stati utilizati per studià i prucessi evoluzione per parechji anni. Per quessa, i cnidariani ùn sò micca eccezzioni in quantu à a proliferazione. Per esempiu, durante u sviluppu embrionariu di l'anemone di mare Nematostella vectensis A proliferazione cellulare hè coordinata cù l'urganizazione epiteliale è hè implicata in u sviluppu di tentaculi.
Nematostella vectensis
Frà altre cose, i cnidariani, cum'è avemu digià cunnisciutu, sò cunnisciuti per e so capacità regenerative. Hydra polyps (un genus di sessile celenterates d'acqua dolce da a classe idroide) sò stati cunsiderati i più populari trà i circadori per centu anni. A proliferazione, attivata da e cellule di morte, attiva u prucessu di regenerazione di a testa basale di l'idra. U nomu stessu di sta criatura allude à una criatura mitica cunnisciuta per a so rigenerazione - l'Idra di Lerna, chì Hercules hà sappiutu scunfighja.
Ancu s'è l'abilità regenerative sò state ligate à a proliferazione, ùn hè micca chjaru esattamente cumu stu prucessu cellulare si trova in cundizioni normali in diverse tappe di u sviluppu di l'organismu.
Medusa, chì anu un ciculu di vita cumplessu custituitu di dui fasi di ripruduzzione (vegetativa è sessuale), serve com'è un mudellu excelente per studià a proliferazione.
In questu travagliu, u rolu di l'individuu principale studiatu hè ghjucatu da a medusa di a spezia Cladonema pacificum. Sta spezia vive fora di a costa di u Giappone. In principiu, sta medusa hà 9 tentaculi principali, chì cumincianu à ramificà è crescenu in grandezza (cum'è tuttu u corpu) durante u sviluppu à un adultu. Sta funziunalità ci permette di studià in dettu tutti i miccanismi chì sò implicati in stu prucessu.
In oltre Cladonema pacificum U studiu hà vistu ancu altri tipi di meduse: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.
Risultati di ricerca
Per capisce u mudellu spaziale di a proliferazione cellulare in Cladonema medusa, i scientisti anu utilizatu a tintura di 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU), chì etichetta e cellule in fase S* o cellule chì anu digià passatu.
fase S* - a fase di u ciculu cellulare in a quale si trova a replicazione di l'ADN.
Cunsidirendu què Cladonema aumenta drasticamente in grandezza è mostra tentaculi ramificati durante u sviluppu (1A-1C), a distribuzione di e cellule proliferanti pò cambià in tutta a maturazione.
Image N ° 1: caratteristiche di a proliferazione cellulare in i ghjovani Cladonema.
A causa di sta funzione, era pussibule di studià u mecanismu di a proliferazione cellulare in i meduse ghjovani (ghjornu 1) è sessualmente mature (ghjornu 45).
Dans les méduses juvéniles, les cellules EdU-positives ont été trouvées en grand nombre dans tout le corps, y compris l'ombelle, le manubrium (l'organe de soutien de la cavité buccale dans les méduses) et les tentacules, quel que soit le moment de l'exposition à l'EdU.1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 µM (micromolare) dopo 24 ore).
On a trouvé un bon nombre de cellules EdU-positives dans le manubrium (1F и 1G), ma in l'umbrella a so distribuzione era assai uniforme, soprattuttu in a cunchiglia esterna di u paraplu (exumbrella, 1H-1K). In i tentaculi, e cellule EdU-positivi sò stati assai raggruppati (1N). L'usu di un marcatu mitoticu (anticorpu PH3) hà permessu di verificà chì e cellule EdU pusitivi sò cellule proliferanti. Cellule PH3 pusitive sò state trovate in l'ombrella è in u bulbu tentaculu (1L и 1P).
In i tentaculi, e cellule mitotiche si trovanu principalmente in l'ectoderma (1P), mentri in l'umbrella e cellule proliferanti eranu situate in a capa superficiale (1M).
Image No 2: caratteristiche di a proliferazione cellulare in Cladonema maturu.
In i dui individui ghjovani è maturi, e cellule EdU pusitivi sò stati truvati in gran numaru in tuttu u corpu. In l'umbel, i celluli EdU-positivi sò più spessu truvati in a capa superficiale cà in a capa inferiore, chì hè simile à l'osservazioni in i ghjovani (2A-2D).
Ma in i tentaculi a situazione era un pocu sfarente. Les cellules EdU-positives s'accumulaient à la base du tentacule (bulbe), où deux amas ont été trouvés de chaque côté du bulbe (2E и 2F). In i ghjovani individui, accumuli simili sò stati ancu osservati (1N), i.e. i bulbi tentaculi pò esse l'area principale di proliferazione in tuttu u stadiu medusoide. Hè curiosu chì in u manubriu di l'individui adulti u numeru di cellule EdU-positivi era significativamente più grande chè in i ghjovani (2G и 2H).
U risultatu intermediu hè chì a proliferazione cellulare pò esse uniformi in l'umbrella di una medusa, ma in i tentaculi stu prucessu hè assai localizatu. Dunque, si pò assume chì a proliferazione di cellule uniforme pò cuntrullà a crescita di u corpu è l'omeostasi di u tissutu, ma i gruppi di cellule proliferanti vicinu à i bulbi tentaculi sò implicati in a morfogenesi di u tentaculu.
In quantu à u sviluppu di u corpu stessu, a proliferazione ghjoca un rolu impurtante in a crescita di u corpu.
Image #3: L'impurtanza di a proliferazione in u prucessu di crescita di u corpu di una medusa.
Per pruvà questu in pratica, i scientisti anu monitoratu a crescita di u corpu di meduse, cuminciendu cù i ghjovani. Hè più faciule per determinà a dimensione di u corpu di una medusa da a so cupola, postu chì cresce uniformemente è in proporzione diretta à u corpu tutale.
Cù l'alimentazione normale in cundizioni di laboratoriu, a dimensione di a cupola aumenta drasticamente da 54.8% durante e prime 24 ore - da 0.62 ± 0.02 mm2 à 0.96 ± 0.02 mm2. In i prossimi 5 ghjorni d'osservazioni, a dimensione hà aumentatu lentamente è liscia à 0.98 ± 0.03 mm2 (3A-3С).
A medusa da un altru gruppu, chì era privatu di l'alimentariu, ùn hà micca crisciutu, ma s'hè diminuitu (linea rossa nantu à u graficu). 3С). L'analisi cellulare di meduse affamate hà dimustratu a prisenza di un numeru estremamente chjucu di cellule EdU: 1240.6 ± 214.3 in meduse da u gruppu di cuntrollu è 433.6 ± 133 in quelli affamati.3D-3H). Questa osservazione pò esse evidenza diretta chì a nutrizione influenza direttamente u prucessu di proliferazione.
Per pruvà sta ipotesi, i scientisti anu realizatu un esame farmacologicu in u quale anu bluccatu a progressione di u ciculu cellulare cù l'idrossiurea (CH4N2O2), un inhibitore di u ciculu cellulare chì provoca l'arrestu G1. À la suite de cette intervention, les cellules en phase S précédemment détectées grâce à l'EdU ont disparu (3I-3L). Cusì, e meduse chì sò stati esposti à CH4N2O2 ùn anu micca mostratu a crescita di u corpu, à u cuntrariu di u gruppu di cuntrollu (3M).
U prossimu stadiu di u studiu hè statu un studiu detallatu di i tentaculi ramificati di medusa per cunfirmà l'assunzione chì a proliferazione locale di e cellule in i tentaculi cuntribuiscenu à a so morfogenesi.
Image N ° 4: l'effettu di a proliferazione lucali nantu à a crescita è a ramificazione di tentaculi di medusa.
I tentaculi di una ghjovana medusa anu un ramu, ma cù u tempu u so numeru aumenta. In e cundizioni di u laboratoriu, a ramificazione hà aumentatu 3 volte à u nuvimu ghjornu di osservazione (4A и 4С).
In novu, quandu CH4N2O2 hè stata utilizata, ùn hè micca osservatu alcuna ramificazione di i tentaculi, ma solu una branca (4B и 4C). Hè curiosu chì a rimuzione di CH4N2O2 da u corpu di medusa hà restauratu u prucessu di ramificazione di i tentaculi, chì indica a reversibilità di l'intervenzione di droga. Queste osservazioni indicanu chjaramente l'impurtanza di a proliferazione per u sviluppu di tentaculi.
Cnidariani ùn sarianu micca cnidariani senza nematociti (cnidocytes, i.e., cnidarians). In l'spezie di medusa Clytia hemisphaerica, e cellule staminali in i bulbi di tentaculi furniscenu nematocisti à i punte di i tentaculi precisamente per via di a proliferazione cellulare. Naturalmente, i scientisti anu decisu di pruvà ancu sta dichjarazione.
Per detectà qualsiasi cunnessione trà i nematocisti è a proliferazione, hè stata utilizata una tintura di colorazione nucleare chì pò marcà u poli-γ-glutamate sintetizatu in u muru di nematocisti (DAPI, vale à dì 4',6-diamidino-2-phenylindole).
La coloration au poly-γ-glutamate nous a permis d'estimer la taille des nématocytes, allant de 2 à 110 μm2.4D-4G). Una quantità di nematocisti vioti sò stati ancu identificati, vale à dì, tali nematociti sò stati sbulicati (4D-4G).
L'attività di proliferazione in i tentaculi di medusa hè stata pruvata studiendu i vuoti in i nematociti dopu u bloccu di u ciculu cellulare cù CH4N2O2. A proporzione di nematociti vacanti in medusa dopu l'intervenzione di droga era più altu ch'è in u gruppu di cuntrollu: 11.4% ± 2.0% in meduse da u gruppu di cuntrollu è 19.7% ± 2.0% in medusa cù CH4N2O2 (4D-4G и 4H). In cunseguenza, ancu dopu l'esaurimentu, i nematociti cuntinueghjanu à esse furnitu attivamente cù e cellule progenitore di proliferazione, chì cunfirma l'influenza di stu prucessu micca solu nantu à u sviluppu di tentaculi, ma ancu nantu à a nematogenesi in elli.
U stadiu più interessante hè u studiu di e capacità regenerative di medusa. Cunsiderendu l'alta concentrazione di cellule proliferative in u bulbu tentaculu di medusa matura Cladonema, i scientisti anu decisu di studià a regenerazione di tentaculi.
Image No 5: l'effettu di a proliferazione nantu à a regenerazione di tentaculi.
Dopu a dissezione di i tentaculi à a basa, un prucessu di regenerazione hè statu osservatu (5A-5D). Durante e prime 24 ore, a guariscenza hè accaduta in l'area di incisione (5B). U sicondu ghjornu d'osservazione, a punta hà cuminciatu à allungà è i rami apparsu (5С). U quintu ghjornu, u tentaculu era completamente ramificatu (5D), per quessa, a regenerazione di tentaculi pò seguità a morfogenesi di tentaculu normale dopu l'allungamentu.
Per studià megliu u stadiu iniziale di rigenerazione, i scientisti anu analizatu a distribuzione di e cellule proliferanti cù a tintura PH3 per visualizà e cellule mitotiche.
Mentre chì e cellule in divisioni sò spessu osservate vicinu à l'area amputata, e cellule mitotiche sò sparse in bulbi tentaculi di cuntrollu senza tagliate (5E и 5F).
A quantificazione di e cellule PH3-pusitivi presenti in i bulbi tentaculi hà revelatu un aumentu significativu di e cellule PH3-pusitivi in i bulbi tentaculi di l'amputati cumparatu cù i cuntrolli (5G). In cunclusioni, i prucessi regenerativi iniziali sò accumpagnati da un incrementu attivu di a proliferazione cellulare in i bulbi tentaculi.
L'effettu di a proliferazione nantu à a rigenerazione hè stata pruvata da bluccà e cellule cù CH4N2O2 dopu avè tagliatu u tentaculu. In u gruppu di cuntrollu, l'allungamentu di u tentaculu dopu l'amputazione hè accadutu nurmale, cum'è previstu. Ma in u gruppu nantu à quale CH4N2O2 hè stata applicata, l'allungamentu ùn hè micca accadutu, malgradu a guariscenza di ferita normale (5H). In altri palori, a guariscenza serà in ogni casu, ma a proliferazione hè necessaria per a regenerazione di tentaculu propiu.
Infine, i scientisti anu decisu di studià a proliferazione in altre spezie di meduse, à dì Cytaeis и Rathkea.
Image #6: Comparazione di a proliferazione in Cytaeis (a manca) è Rathkea (a diritta) meduse.
У Cytaeis On a observé des cellules medusa EdU-positive dans le manubrium, les bulbes tentaculaires et la partie supérieure de l'ombrelle (6A и 6B). Situazione di cellule PH3-pusitive identificate in Cytaeis assai simili à Cladonema, però, ci sò alcune differenze (6C и 6D). Ma à Rathkea Les cellules EdU-positives et PH3-positives ont été trouvées presque exclusivement dans la région du manubrium et des bulbes tentaculaires.6E-6H).
Hè ancu interessante chì e cellule proliferanti sò spessu rilevate in i rini di meduse Rathkea (6E-6G), chì riflette u tipu asessuale di ripruduzzione di sta spezia.
In cunsiderà l'infurmazioni ottenute, pò esse presumitu chì a proliferazione cellulare si trova in i bulbi tentaculi micca solu in una spezia di medusa, ancu s'ellu ci sò differenzi per differenzi in a fisiologia è a morfologia.
Per una cunniscenza più dettagliata di e sfumature di u studiu, vi cunsigliu di guardà .
Epilogue
Unu di i mo caratteri literarii preferiti hè Hercule Poirot. U detective astutu hà sempre prestatu una attenzione particulari à i picculi dettagli chì l'altri pensanu chì ùn sò micca impurtanti. I scientisti sò assai simili à i detective, cullendu tutte l'evidenza chì ponu truvà per risponde à tutte e dumande di l'inchiesta è scopre u "culpable".
Ùn importa micca quantu ovvi pò sona, a regenerazione di e cellule di medusa hè direttamente ligata à a proliferazione - un prucessu integrale in u sviluppu di cellule, tissuti è, in cunseguenza, l'organisimu sanu. Un studiu più approfonditu di stu prucessu cumpletu ci permetterà di capisce megliu i meccanismi molecolari sottumessi, chì, à u turnu, espansione micca solu a gamma di a nostra cunniscenza, ma ancu affettanu direttamente a nostra vita.
Venneri off-top:
Marche di medusa di l'spezie Aurelia, disturbata da un predatore cù u nome inusual "medusa d'ovu frittu", i.e. meduse d'ova fritte (Planet Earth, voce off di David Attenborough).
Ùn hè micca una medusa, ma sta criatura di u mare prufondu (u pelican-like largemouth) ùn hè micca spessu fotografata (a reazione di i circadori hè simplicemente toccu).
Grazie per vede, restate curiosi è bon weekend à tutti ! 🙂
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