Kion komune Wolverine, Deadpool kaj Jellyfish havas? Ĉiuj ili havas mirindan funkcion - regenerado. Kompreneble, en bildstrioj kaj filmoj, tiu kapablo, ofta inter ekstreme limigita nombro da realaj vivantaj organismoj, estas iomete (kaj foje multe) troigita, sed ĝi restas tre reala. Kaj tio, kio estas reala, estas klarigebla, tio estas kion sciencistoj de la Universitato de Tohoku (Japanio) decidis fari en sia nova studo. Kiuj ĉelaj procezoj en la korpo de meduzo rilatas al regenerado, kiel ĉi tiu procezo okazas, kaj kiajn aliajn superpotencojn havas ĉi tiuj ĵelecaj estaĵoj? La raporto de la esplorgrupo rakontos al ni pri tio. Iru.
Esplorbazo
Antaŭ ĉio, sciencistoj klarigas kial ili decidis koncentri sian atenton al meduzoj. Fakte, plej multaj esploroj en la kampo de biologio estas farata kun la partopreno de tiel nomataj modelaj organismoj: musoj, fruktomuŝoj, vermoj, fiŝoj, ktp. Sed nia planedo estas hejmo de milionoj da specioj, ĉiu el kiuj havas unu aŭ alian unikan kapablon. Sekve, estas neeble plene taksi la procezon de ĉela regenerado studante nur unu specion, kaj supozi ke la studita mekanismo estos komuna al ĉiuj estaĵoj sur la Tero.
Pri meduzoj, ĉi tiuj estaĵoj, per sia aspekto mem, parolas pri sia unikeco, kiu ne povas ne altiri la atenton de sciencistoj. Tial, antaŭ ol komenci la dissekcion de la esploro mem, mi renkontis ĝian ĉeffiguron.
La vorto "meduzo", kiun ni kutimas nomi la estaĵon kiel tia, fakte rilatas nur al la stadio de la vivociklo de la knidara subtipo. medusozoa. Knidaroj ricevis tian nekutiman nomon pro la ĉeesto de pikĉeloj (knidocitoj) en siaj korpoj, kiuj estas uzataj por ĉasado kaj memdefendo. Simple dirite, kiam vi estas pikita de meduzo, vi povas danki ĉi tiujn ĉelojn pro la doloro kaj sufero.
Knidocitoj enhavas knidocitojn, intraĉelan organeton respondecan por la "pikanta" efiko. Laŭ ilia aspekto kaj, sekve, metodo de apliko, pluraj specoj de knidocitoj estas distingitaj, inter kiuj estas:
- penetrantoj - fadenoj kun pintaj finoj, kiuj trapikas la korpon de la viktimo aŭ deliktulo kiel lancoj, injektante neŭrotoksinon;
- glutinantoj - gluiĝemaj kaj longaj fadenoj kiuj envolvas la viktimon (ne la plej agrabla brakumo);
- Volvents estas mallongaj fadenoj en kiuj la viktimo povas facile implikiĝi.
Tiaj ne-normaj armiloj estas klarigitaj per la fakto, ke meduzoj, kvankam graciaj, ne estas precipe lertaj estaĵoj. La neŭrotoksino eniranta la korpon de la predo tuj paralizas ĝin, kio donas al la meduzo multe da tempo por tagmanĝo.
Meduzo post sukcesa ĉaso.
Krom ilia nekutima metodo de ĉasado kaj defendo, meduzoj havas tre nekutiman reproduktadon. Maskloj produktas spermon, kaj inoj produktas ovojn, post kies fuzio formiĝas planulae (larvoj), ekloĝante ĉe la fundo. Post iom da tempo, polipo kreskas el la larvo, de kiu, atinginte maturecon, junaj meduzoj laŭvorte foriĝas (fakte burĝonas). Tiel, ekzistas pluraj stadioj de la vivociklo, unu el kiuj estas la meduzo aŭ medusoida generacio.
Harplena cyaneo, ankaŭ konata kiel leona kolhararo.
Se oni demandus la harplenan cyaneon kiel pliigi la efikecon de ĉasado, ĝi respondus - pli da tentakloj. Estas proksimume 60 el ili entute (aretoj de 15 tentakloj ĉe ĉiu angulo de la kupolo). Krome, ĉi tiu tipo de meduzo estas konsiderata la plej granda, ĉar la diametro de la kupolo povas atingi 2 metrojn, kaj la tentakloj povas etendi ĝis 20 metrojn dum ĉasado. Feliĉe, ĉi tiu specio ne estas precipe "toksa" kaj tial ne mortiga al homoj.
La marvespo, siavice, aldonus kvaliton al kvanto. Tiu speco de meduzo ankaŭ havas 15 tentaklojn (3 m en longo) sur ĉiu el la kvar anguloj de la kupolo, sed ilia veneno estas multajn fojojn pli forta ol tiu de sia granda parenco. Oni kredas, ke la marvespo havas sufiĉe da neŭrotoksino por mortigi 60 homojn en 3 minutoj. Ĉi tiu fulmotondro de la maroj vivas en la marborda zono de norda Aŭstralio kaj Nov-Zelando. Laŭ datumoj de 1884 ĝis 1996, 63 homoj mortis en Aŭstralio, sed tiuj datumoj povas esti malprecizaj, kaj la nombro da mortigaj renkontoj inter homoj kaj marvespoj povas esti multe pli alta. Tamen, laŭ datumoj por 1991-2004, inter 225 kazoj, nur 8% de viktimoj estis enhospitaligitaj, inkluzive de unu morto (trijara infano).
Marvido
Nun ni revenu al la studo, kiun ni rigardas hodiaŭ.
El la vidpunkto de ĉeloj, la plej grava procezo en la tuta vivo de iu ajn organismo estas ĉela proliferado - la procezo de kresko de korpaj histoj per ĉela reproduktado per divido. Dum la kresko de la korpo, ĉi tiu procezo reguligas la kreskon de la grandeco de la korpo. Kaj kiam la korpo estas plene formita, la multiĝantaj ĉeloj reguligas la fiziologian interŝanĝon de ĉeloj kaj la anstataŭigon de damaĝitaj per novaj.
Knidaroj, kiel fratingrupo de bilaterianoj kaj fruaj metazooj, estis uzitaj por studi evoluajn procezojn dum multaj jaroj. Tial, knidaroj ne estas escepto laŭ proliferado. Ekzemple, dum la embria evoluo de la mara anemono Nematostella vectensis ĉelmultobliĝo estas kunordigita kun epitela organizo kaj estas engaĝita en tentaklevoluo.
Nematostella vectensis
Interalie, knidaroj, kiel ni jam scias, estas konataj pro siaj regeneraj kapabloj. Hidraj polipoj (genro de dolĉakvaj sesilaj celenteroj el la hidroida klaso) estis konsideritaj la plej popularaj inter esploristoj dum centoj da jaroj. Proliferado, aktivigita de mortantaj ĉeloj, ekigas la procezon de regenerado de la baza kapo de la hidro. La nomo mem de ĉi tiu estaĵo aludas al mita estaĵo konata pro ĝia regenerado - la Lernaean Hydro, kiun Heraklo povis venki.
Kvankam regeneraj kapabloj estis ligitaj al proliferado, restas neklare precize kiel ĉi tiu ĉela procezo okazas sub normalaj kondiĉoj en malsamaj stadioj de la evoluigo de la organismo.
Meduzoj, kiuj havas kompleksan vivociklon konsistantan el du stadioj de reproduktado (vegetativa kaj seksa), servas kiel bonega modelo por studi proliferadon.
En ĉi tiu laboro, la rolo de la ĉefa studita individuo estis ludita de la meduzo de la specio Cladonema pacificum. Ĉi tiu specio loĝas ĉe la marbordo de Japanio. Komence, ĉi tiu meduzo havas 9 ĉefajn tentaklojn, kiuj komencas disbranĉigi kaj pligrandiĝi (kiel la tuta korpo) dum evoluo al plenkreskulo. Ĉi tiu funkcio permesas al ni studi detale ĉiujn mekanismojn, kiuj estas implikitaj en ĉi tiu procezo.
Aldone al Cladonema pacificum La studo ankaŭ rigardis aliajn specojn de meduzoj: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.
Esplorrezultoj
Por kompreni la spacan padronon de ĉela proliferado en Cladonema medusa, la sciencistoj uzis 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU) makuladon, kiu etikedas ĉelojn en S-fazo* aŭ ĉeloj kiuj jam preterpasis ĝin.
S-fazo* - la fazo de la ĉela ciklo en kiu DNA-reproduktado okazas.
Konsiderante tion Cladonema pliiĝas draste en grandeco kaj elmontras tentaklan branĉiĝon dum evoluo (1A-1C), la distribuado de proliferaj ĉeloj povas ŝanĝiĝi dum maturiĝo.
Bildo n-ro 1: trajtoj de ĉela proliferado en juna Cladonema.
Pro ĉi tiu trajto, eblis studi la mekanismon de ĉela proliferado ĉe junaj (tago 1) kaj sekse maturaj (tago 45) meduzoj.
En junulaj meduzoj, EdU-pozitivaj ĉeloj estis trovitaj en altaj nombroj ĉie en la korpo, inkluzive de la umbelo, manubrio (la subtena organo de la buŝa kavo en meduzo), kaj tentakloj, nekonsiderante la tempo de EdU-eksponiĝo (1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 µM (mikromolara) post 24 horoj).
Sufiĉe kelkaj EdU-pozitivaj ĉeloj estis trovitaj en la manubrio (1F и 1G), sed en la pluvombrelo ilia distribuo estis tre unuforma, precipe en la ekstera ŝelo de la pluvombrelo (eksombrelo, 1H-1K). En la tentakloj, EdU-pozitivaj ĉeloj estis tre amasigitaj (1N). La uzo de mitoza markilo (PH3-antikorpo) ebligis kontroli ke EdU-pozitivaj ĉeloj proliferas ĉelojn. PH3-pozitivaj ĉeloj estis trovitaj en kaj la ombrelo kaj la tentakla bulbo (1L и 1P).
En la tentakloj, mitotaj ĉeloj estis plejparte trovitaj en la ektodermo (1P), dum en la pluvombrelo la proliferaj ĉeloj situis en la surfactavolo (1M).
Bildo n-ro 2: trajtoj de ĉela proliferado en matura Cladonema.
En kaj junaj kaj maturaj individuoj, EdU-pozitivaj ĉeloj estis trovitaj en nombregoj ĉie en la korpo. En la umbelo, EdU-pozitivaj ĉeloj estis pli ofte trovitaj en la supraĵa tavolo ol en la malsupra tavolo, kio estas simila al observaĵoj ĉe junaj (2A-2D).
Sed en la tentakloj la situacio estis iom alia. EdU-pozitivaj ĉeloj akumuliĝis ĉe la bazo de la tentaklo (bulbo), kie du aretoj estis trovitaj ambaŭflanke de la bulbo (2E и 2F). Ĉe junaj individuoj, similaj amasiĝoj ankaŭ estis observitaj (1N), t.e. la tentaklobulboj povas esti la ĉefa areo de proliferado tra la medusoida stadio. Estas kurioze, ke en la manubrio de plenkreskaj individuoj la nombro da EdU-pozitivaj ĉeloj estis signife pli granda ol ĉe junaj (2G и 2H).
La meza rezulto estas ke ĉela proliferado povas okazi unuforme en la pluvombrelo de meduzo, sed en la tentakloj tiu procezo estas tre lokalizita. Tial, povas esti supozite ke unuforma ĉelmultobliĝo povas kontroli korpokreskon kaj histohomeostazon, sed aretoj de proliferaj ĉeloj proksime de la tentaklobulboj estas implikitaj en tentaklomorfogenezo.
Koncerne al korpa evoluo mem, proliferado ludas gravan rolon en korpa kresko.
Bildo #3: La graveco de proliferado en la procezo de korpa kresko de meduzo.
Por provi ĉi tion praktike, sciencistoj monitoris la korpan kreskon de meduzoj, komencante de junaj individuoj. Estas plej facile determini la grandecon de la korpo de meduzo per ĝia kupolo, ĉar ĝi kreskas egale kaj en rekta proporcio al la tuta korpo.
Kun normala nutrado en laboratoriokondiĉoj, la kupola grandeco pliiĝas akre je 54.8% dum la unuaj 24 horoj - de 0.62 ± 0.02 mm2 ĝis 0.96 ± 0.02 mm2. Dum la sekvaj 5 tagoj da observaĵoj, la grandeco pliiĝis malrapide kaj glate al 0.98 ± 0.03 mm2 (3A-3С).
Meduzoj de alia grupo, kiuj estis senigitaj je manĝaĵo, ne kreskis, sed ŝrumpis (ruĝa linio sur la grafikaĵo 3С). Ĉela analizo de malsatantaj meduzoj montris la ĉeeston de ekstreme malgranda nombro da EdU-ĉeloj: 1240.6 ± 214.3 en meduzoj de la kontrolgrupo kaj 433.6 ± 133 en malsatantaj (3D-3H). Ĉi tiu observado povas esti rekta indico ke nutrado rekte influas la proliferadprocezon.
Por testi ĉi tiun hipotezon, la sciencistoj faris farmakologian analizon en kiu ili blokis ĉelcikloprogresadon uzante hidroksiureon (CH4N2O2), ĉelciklan inhibitoron kiu kaŭzas G1-areston. Kiel rezulto de ĉi tiu interveno, la S-fazaj ĉeloj antaŭe detektitaj uzante EdU malaperis (3I-3L). Tiel, meduzoj kiuj estis eksponitaj al CH4N2O2 ne montris korpokreskon, male al la kontrolgrupo (3M).
La sekva etapo de la studo estis detala studo de la disbranĉiĝantaj tentakloj de meduzo por konfirmi la supozon ke loka proliferado de ĉeloj en la tentakloj kontribuas al ilia morfogenezo.
Bildo n-ro 4: la efiko de loka proliferado sur la kresko kaj disbranĉigo de meduzaj tentakloj.
La tentakloj de juna meduzo havas unu branĉon, sed kun la tempo ilia nombro pliiĝas. En laboratoriokondiĉoj, disbranĉiĝo pliiĝis 3 fojojn en la naŭa tago de observado (4A и 4С).
Denove, kiam CH4N2O2 estis uzita, neniu disbranĉigo de la tentakloj estis observita, sed nur unu branĉo (4B и 4C). Estas kurioze, ke la forigo de CH4N2O2 el la korpo de meduzo restarigis la procezon de disbranĉigo de la tentakloj, kio indikas la inversigeblecon de la drogo-interveno. Tiuj observaĵoj klare indikas la gravecon de proliferado por tentaklevoluo.
Knidaroj ne estus knidaroj sen nematocitoj (knidocitoj, t.e., knidaroj). En la meduzospecio Clytia hemisphaerica , stamĉeloj en la tentaklobulboj provizas nematocistojn al la pintoj de la tentakloj ĝuste pro ĉelmultobliĝo. Nature, sciencistoj decidis testi ĉi tiun deklaron ankaŭ.
Por detekti ajnan ligon inter nematocistoj kaj proliferado, nuklea makulfarbo, kiu povas marki poli-γ-glutamaton sintezitan en la nematocistomuro (DAPI, t.e. 4′,6-diamidino-2-fenilindolo) estis uzita.
Poli-γ-glutamata makulado permesis al ni taksi la grandecon de nematocitoj, intervalante de 2 ĝis 110 μm2 (4D-4G). Kelkaj malplenaj nematocistoj ankaŭ estis identigitaj, tio estas, tiaj nematocitoj estis malplenigitaj (4D-4G).
Proliferagado en meduzaj tentakloj estis testita studante malplenojn en nematocitoj post ĉelcikloblokado kun CH4N2O2. La proporcio de malplenaj nematocitoj en meduzoj post droginterveno estis pli alta ol en la kontrolgrupo: 11.4% ± 2.0% en meduzoj de la kontrolgrupo kaj 19.7% ± 2.0% en meduzoj kun CH4N2O2 (4D-4G и 4H). Sekve, eĉ post elĉerpiĝo, nematocitoj daŭre estas aktive provizitaj per proliferaj praĉeloj, kio konfirmas la influon de ĉi tiu procezo ne nur sur la disvolviĝo de tentakloj, sed ankaŭ sur nematogenezo en ili.
La plej interesa etapo estis la studo de la regeneraj kapabloj de meduzo. Konsiderante la altan koncentriĝon de proliferaj ĉeloj en la tentakla bulbo de matura meduzo Cladonema, sciencistoj decidis studi la regeneradon de tentakloj.
Bildo n-ro 5: la efiko de proliferado sur tentakla regenerado.
Post dissekcado de la tentakloj ĉe la bazo, regenera procezo estis observita (5A-5D). Dum la unuaj 24 horoj, resaniĝo okazis en la inciza areo (5B). En la dua tago de observado, la pinto komencis plilongiĝi kaj branĉoj aperis (5С). En la kvina tago, la tentaklo estis tute branĉigita (5D), tial, tentakloregenerado povas sekvi normalan tentaklomorfogenezon post plilongigo.
Por pli bone studi la komencan etapon de regenerado, la sciencistoj analizis la distribuadon de proliferaj ĉeloj uzante PH3-makuladon por bildigi mitotajn ĉelojn.
Dum dividaj ĉeloj ofte estis observitaj proksime de la amputita areo, mitotaj ĉeloj estis disigitaj en netranĉitaj kontrolaj tentakulaj bulboj (5E и 5F).
Kvantigo de PH3-pozitivaj ĉeloj ĉeestantaj en la tentaklobulboj rivelis signifan pliiĝon en PH3-pozitivaj ĉeloj en la tentaklobulboj de amputaciuloj kompare kun kontroloj (5G). Kiel konkludo, la komencaj regeneraj procezoj estas akompanitaj de aktiva pliiĝo en ĉela proliferado en la tentaklobulboj.
La efiko de proliferado sur regenerado estis provita blokante ĉelojn kun CH4N2O2 post fortranĉo de la tentaklo. En la kontrolgrupo, tentakloplilongiĝo post amputo okazis normale, kiel atendite. Sed en la grupo sur kiu CH4N2O2 estis aplikita, plilongiĝo ne okazis, malgraŭ normala vundkuracado (5H). Alivorte, resaniĝo okazos ĉiukaze, sed proliferado estas necesa por taŭga tentakla regenerado.
Fine, sciencistoj decidis studi proliferadon en aliaj specioj de meduzoj, nome Cytaeis и Rathkea.
Bildo #6: Komparo de proliferado en Cytaeis (maldekstre) kaj Rathkea (dekstra) meduzo.
У Cytaeis meduzaj EdU-pozitivaj ĉeloj estis observitaj en la manubrio, tentaklobulboj kaj la supra parto de la pluvombrelo (6A и 6B). Loko de identigitaj PH3-pozitivaj ĉeloj en Cytaeis tre simila al Cladonema, tamen estas kelkaj diferencoj (6C и 6D). Sed ĉe Rathkea EdU-pozitivaj kaj PH3-pozitivaj ĉeloj estis trovitaj preskaŭ ekskluzive en la regiono de la manubrio kaj tentaklobulboj (6E-6H).
Estas ankaŭ interese, ke proliferaj ĉeloj ofte estis detektitaj en la renoj de meduzoj Rathkea (6E-6G), kiu reflektas la senseksan specon de reproduktado de tiu specio.
Konsiderante la akiritajn informojn, oni povas supozi, ke ĉela proliferado okazas en la tentaklobulboj ne nur ĉe unu specio de meduzo, kvankam estas diferencoj pro diferencoj en fiziologio kaj morfologio.
Por pli detala konatiĝo kun la nuancoj de la studo, mi rekomendas rigardi .
Epilogo
Unu el miaj plej ŝatataj literaturaj roluloj estas Hercule Poirot. La sagaca detektivo ĉiam atentis etajn detalojn, kiujn aliaj opiniis negravaj. Sciencistoj tre similas al detektivoj, kolektante ĉiujn pruvojn, kiujn ili povas trovi, por respondi ĉiujn demandojn de la enketo kaj eltrovi la "kulpulon".
Kiom ajn evidente ĝi sonas, la regenerado de meduzaj ĉeloj rekte rilatas al proliferado - integra procezo en la disvolviĝo de ĉeloj, histoj kaj, sekve, la tuta organismo. Pli ĝisfunda studo de ĉi tiu ampleksa procezo permesos al ni pli bone kompreni la molekulajn mekanismojn sub ĝi, kiuj, siavice, vastigos ne nur la gamon de nia scio, sed ankaŭ rekte influos niajn vivojn.
Vendredo ekstere:
Marto de meduzo de la specio Aurelia, ĝenita de predanto kun la nekutima nomo "fritita ovomeduzo", t.e. fritita ovomeduzo (Planedo Tero, voĉtranspafo de David Attenborough).
Ĝi ne estas meduzo, sed ĉi tiu altmara estaĵo (la pelikanosimila grandbuŝo) ne estas ofte fotita (la reago de esploristoj estas simple kortuŝa).
Dankon pro spektado, restu scivolemaj kaj havu bonegan semajnfinon al ĉiuj! 🙂
Dankon pro restado ĉe ni. Ĉu vi ŝatas niajn artikolojn? Ĉu vi volas vidi pli interesan enhavon? Subtenu nin farante mendon aŭ rekomendante al amikoj, 30% rabato por uzantoj de Habr sur unika analogo de enirnivelaj serviloj, kiu estis inventita de ni por vi: (havebla kun RAID1 kaj RAID10, ĝis 24 kernoj kaj ĝis 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 fojojn pli malmultekosta? Nur ĉi tie en Nederlando! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ekde $99! Legu pri
fonto: www.habr.com