قبل از عروسی بهبود می یابد: تکثیر سلولی و توانایی های بازسازی چتر دریایی

ولورین، ددپول و چتر دریایی چه مشترکاتی دارند؟ همه آنها یک ویژگی شگفت انگیز دارند - بازسازی. البته، در کمیک ها و فیلم ها، این توانایی، که در میان تعداد بسیار محدودی از موجودات زنده واقعی رایج است، کمی (و گاهی اوقات بسیار) اغراق آمیز است، اما بسیار واقعی باقی می ماند. و آنچه واقعی است را می توان توضیح داد، چیزی که دانشمندان دانشگاه توهوکو (ژاپن) در مطالعه جدید خود تصمیم گرفتند انجام دهند. چه فرآیندهای سلولی در بدن یک چتر دریایی با بازسازی همراه است، این فرآیند چگونه پیش می رود و این موجودات ژله مانند چه قدرت های فوق العاده دیگری دارند؟ گزارش گروه پژوهشی در این باره به ما خواهد گفت. برو

مبنای تحقیق

اول از همه، دانشمندان توضیح می دهند که چرا تصمیم گرفتند توجه خود را بر روی چتر دریایی متمرکز کنند. واقعیت این است که بیشتر تحقیقات در زمینه زیست شناسی با مشارکت ارگانیسم های به اصطلاح مدل انجام می شود: موش، مگس میوه، کرم، ماهی و غیره. اما سیاره ما خانه میلیون ها گونه است که هر کدام از آنها توانایی های منحصر به فردی دارند. در نتیجه، ارزیابی کامل فرآیند بازسازی سلولی با مطالعه تنها یک گونه غیرممکن است و فرض می کنیم که مکانیسم مورد مطالعه برای همه موجودات روی زمین مشترک خواهد بود.

در مورد چتر دریایی، این موجودات با ظاهر خود از منحصر به فرد بودن خود صحبت می کنند که نمی تواند توجه دانشمندان را به خود جلب کند. بنابراین، قبل از شروع کالبدشکافی خود تحقیق، با شخصیت اصلی آن آشنا شدم.

کلمه ی عروس دریایی که عادت داریم آن را موجودی بنامیم، در واقع فقط به مرحله چرخه زندگی زیرگروه cnidarian اشاره دارد. مدوزوآ. Cnidarians چنین نام غیر معمولی را به دلیل وجود سلول های نیش دار (cnidocytes) در بدن خود دریافت کردند که برای شکار و دفاع شخصی استفاده می شود. به عبارت ساده، هنگامی که توسط یک چتر دریایی نیش می زنید، می توانید از این سلول ها برای درد و رنج تشکر کنید.

Cnidocytes حاوی cnidocysts، اندامک درون سلولی مسئول اثر "گزش" است. با توجه به ظاهر آنها و بر این اساس، روش کاربرد، چندین نوع از cnidocytes متمایز می شوند که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• مواد نافذ - نخ هایی با انتهای نوک تیز که مانند نیزه ها بدن قربانی یا مجرم را سوراخ می کند و نوروتوکسین را تزریق می کند.
• گلوتینانت ها - نخ های چسبناک و طولانی که قربانی را در بر می گیرد (نه خوشایندترین آغوش).
• ولونت ها رشته های کوتاهی هستند که قربانی می تواند به راحتی در آنها گیر کند.

چنین سلاح های غیر استاندارد با این واقعیت توضیح داده می شود که چتر دریایی، اگرچه برازنده است، اما موجودات به خصوص زیرک نیستند. نوروتوکسینی که وارد بدن طعمه می شود فوراً آن را فلج می کند که به چتر دریایی زمان زیادی برای استراحت ناهار می دهد.

چتر دریایی پس از یک شکار موفق.

چتر دریایی علاوه بر روش غیرمعمول شکار و دفاع، تولیدمثل بسیار غیرمعمولی دارد. نرها اسپرم تولید می‌کنند و ماده‌ها تخم‌هایی تولید می‌کنند که پس از ادغام آن‌ها پلانول‌ها (لاروها) تشکیل می‌شوند و در پایین قرار می‌گیرند. پس از مدتی، یک پولیپ از لارو رشد می کند، که پس از رسیدن به بلوغ، چتر دریایی جوان به معنای واقعی کلمه جدا می شود (در واقع، جوانه زدن رخ می دهد). بنابراین، چندین مرحله از چرخه زندگی وجود دارد که یکی از آنها نسل چتر دریایی یا مدوزوئید است.

سیانیا مودار که به یال شیر نیز معروف است.

اگر از سیانیا مودار پرسیده می شد که چگونه می توان کارایی شکار را افزایش داد، پاسخ می داد - شاخک های بیشتر. در مجموع حدود 60 عدد از آنها وجود دارد (خوشه هایی متشکل از 15 شاخک در هر گوشه گنبد). علاوه بر این، این نوع چتر دریایی بزرگترین در نظر گرفته می شود، زیرا قطر گنبد می تواند به 2 متر برسد و شاخک ها در هنگام شکار می توانند تا 20 متر کشیده شوند. خوشبختانه، این گونه به ویژه "سمی" نیست و بنابراین برای انسان کشنده نیست.

زنبور دریایی به نوبه خود کیفیت را به کمیت اضافه می کند. این نوع چتر دریایی همچنین دارای 15 شاخک (طول 3 متر) در هر یک از چهار گوشه گنبد است، اما زهر آنها چندین برابر قویتر از سم خویشاوند بزرگ خود است. اعتقاد بر این است که زنبور دریایی دارای نوروتوکسین کافی برای کشتن 60 نفر در 3 دقیقه است. این رعد و برق دریاها در منطقه ساحلی شمال استرالیا و نیوزیلند زندگی می کند. بر اساس داده‌های سال‌های 1884 تا 1996، 63 نفر در استرالیا جان خود را از دست دادند، اما این داده‌ها ممکن است نادرست باشند و تعداد برخوردهای مرگبار بین انسان و زنبورهای دریایی ممکن است بسیار بیشتر باشد. با این حال، بر اساس داده های 1991-2004، از بین 225 مورد، تنها 8٪ از قربانیان در بیمارستان بستری شده اند، از جمله یک مورد مرگ (یک کودک سه ساله).

آب دریا

حالا بیایید به مطالعه ای که امروز به آن نگاه می کنیم بازگردیم.

از دیدگاه سلول ها، مهمترین فرآیند در کل زندگی هر موجود زنده، تکثیر سلولی است - فرآیند رشد بافت های بدن از طریق تولید مثل سلولی با تقسیم. در طول رشد بدن، این فرآیند افزایش سایز بدن را تنظیم می کند. و هنگامی که بدن به طور کامل تشکیل شد، سلول های در حال تکثیر تبادل فیزیولوژیکی سلول ها و جایگزینی سلول های آسیب دیده با سلول های جدید را تنظیم می کنند.

Cnidarians، به عنوان یک گروه خواهر از دو طرفه و متازوئن های اولیه، سال ها برای مطالعه فرآیندهای تکاملی مورد استفاده قرار گرفته اند. بنابراین، cnidarians از نظر تکثیر مستثنی نیستند. به عنوان مثال، در طول رشد جنینی شقایق دریایی Nematostella vectensis تکثیر سلولی با سازماندهی اپیتلیال هماهنگ است و در رشد شاخک نقش دارد.

Nematostella vectensis

در میان چیزهای دیگر، cnidarians، همانطور که قبلا می دانیم، به دلیل توانایی های احیا کننده خود شناخته شده اند. پولیپ های هیدرا (جنسی از کوئلنترات های بیجای آب شیرین از کلاس هیدرووئید) صدها سال است که محبوب ترین ها در میان محققان در نظر گرفته شده اند. تکثیر، که توسط سلول های در حال مرگ فعال می شود، روند بازسازی سر پایه هیدرا را آغاز می کند. نام این موجود به موجودی افسانه‌ای اشاره دارد که به دلیل بازسازی خود شناخته شده است - هیدرا لرنایی که هرکول توانست آن را شکست دهد.

اگرچه توانایی های بازسازی با تکثیر مرتبط شده است، هنوز مشخص نیست که این فرآیند سلولی دقیقاً چگونه در شرایط عادی در مراحل مختلف رشد ارگانیسم رخ می دهد.

چتر دریایی که دارای چرخه زندگی پیچیده ای است که از دو مرحله تولید مثل (روشی و جنسی) تشکیل شده است، به عنوان یک الگوی عالی برای مطالعه تکثیر عمل می کند.

در این کار نقش فرد اصلی مورد مطالعه را چتر دریایی از گونه Cladonema pacificum ایفا کرد. این گونه در سواحل ژاپن زندگی می کند. در ابتدا، این چتر دریایی دارای 9 شاخک اصلی است که در طول رشد به یک فرد بالغ شروع به شاخه شدن و افزایش اندازه (مانند کل بدن) می کند. این ویژگی به ما این امکان را می دهد که همه مکانیسم هایی را که در این فرآیند دخیل هستند به طور دقیق مطالعه کنیم.

بعلاوه کلادونما پاسیفیکوم این مطالعه همچنین انواع دیگر چتر دریایی را مورد بررسی قرار داد: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.

نتایج مطالعه

برای درک الگوی فضایی تکثیر سلولی در کلادونما مدوزا، دانشمندان از رنگ‌آمیزی 5-اتینیل-2'-دئوکسی‌اوریدین (EdU) استفاده کردند که سلول‌ها را نشان می‌دهد. فاز S* یا سلول هایی که قبلاً از آن عبور کرده اند.

فاز S* - مرحله چرخه سلولی که در آن همانندسازی DNA اتفاق می افتد.

با توجه به اینکه کلادونما به طور چشمگیری در اندازه افزایش می یابد و شاخه های شاخک را در طول رشد نشان می دهد (1A-1C، توزیع سلول های در حال تکثیر ممکن است در طول بلوغ تغییر کند.

تصویر شماره 1: ویژگی های تکثیر سلولی در کلادونمای جوان.

با توجه به این ویژگی، امکان بررسی مکانیسم تکثیر سلولی در چتر دریایی جوان (روز اول) و بالغ جنسی (روز 1) فراهم شد.

در عروس‌های دریایی نوجوان، سلول‌های مثبت EdU در تعداد زیادی در سراسر بدن، از جمله چتر، مانوبریوم (ارگان حمایت کننده حفره دهان در چتر دریایی)، و شاخک‌ها، بدون توجه به زمان قرار گرفتن در معرض EdU یافت شدند.1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 میکرومولار (میکرومولار) پس از 24 ساعت).

تعداد زیادی سلول مثبت EdU در مانوبریوم یافت شد (1F и 1G، اما در چتر توزیع آنها بسیار یکنواخت بود، به خصوص در پوسته بیرونی چتر (اگزامبرلا, 1H-1K). در شاخک ها، سلول های EdU مثبت به شدت خوشه ای بودند (1N). استفاده از یک نشانگر میتوزی (آنتی بادی PH3) این امکان را فراهم کرد تا بررسی شود که سلول های مثبت EdU در حال تکثیر هستند. سلول های PH3 مثبت هم در چتر و هم در پیاز شاخک یافت شدند.1L и 1P).

در شاخک ها، سلول های میتوزی عمدتاً در اکتودرم یافت شدند.1P، در حالی که در چتر سلول های تکثیر شده در لایه سطحی قرار داشتند (1M).

تصویر شماره 2: ویژگی های تکثیر سلولی در کلادونمای بالغ.

هم در افراد جوان و هم در افراد بالغ، سلول‌های مثبت EdU در تعداد زیادی در سراسر بدن یافت شدند. در چتر، سلول‌های مثبت EdU بیشتر در لایه سطحی یافت می‌شوند تا در لایه پایین، که مشابه مشاهدات در نوجوانان است.2A-2D).

اما در شاخک ها وضعیت تا حدودی متفاوت بود. سلول‌های مثبت EdU در پایه شاخک (لامپ) جمع شده‌اند، جایی که دو خوشه در دو طرف پیاز پیدا شد.2E и 2F). در افراد جوان نیز تجمعات مشابهی مشاهده شد (1N) ، یعنی لامپ های شاخک ممکن است منطقه اصلی تکثیر در سراسر مرحله مدوزوئید باشد. جالب است که در مانوبریوم افراد بالغ تعداد سلول های مثبت EdU به طور قابل توجهی بیشتر از جوانان بود.2G и 2H).

نتیجه میانی این است که تکثیر سلولی می تواند به طور یکنواخت در چتر چتر دریایی رخ دهد، اما در شاخک ها این فرآیند بسیار موضعی است. بنابراین، می توان فرض کرد که تکثیر سلولی یکنواخت می تواند رشد بدن و هموستاز بافت را کنترل کند، اما خوشه هایی از سلول های در حال تکثیر در نزدیکی پیاز شاخک ها در مورفوژنز شاخک ها نقش دارند.

از نظر رشد بدن، تکثیر نقش مهمی در رشد بدن دارد.

تصویر شماره 3: اهمیت تکثیر در روند رشد بدن عروس دریایی.

برای آزمایش این موضوع در عمل، دانشمندان رشد بدن چتر دریایی را از افراد جوان شروع کردند. به راحتی می توان اندازه بدن چتر دریایی را با گنبد آن تعیین کرد، زیرا به طور مساوی و متناسب با کل بدن رشد می کند.

با تغذیه معمولی در شرایط آزمایشگاهی، اندازه گنبد به شدت 54.8٪ در طول 24 ساعت اول افزایش می یابد - از 0.62 ± 0.02 میلی متر مربع به 2 ± 0.96 میلی متر مربع. در طول 0.02 روز بعد از مشاهدات، اندازه به آرامی و به آرامی به 2 ± 5 میلی متر مربع افزایش یافت.3A-3S).

چتر دریایی از گروه دیگری که از غذا محروم بودند رشد نکردند، اما کوچک شدند (خط قرمز روی نمودار 3S). تجزیه و تحلیل سلولی چتر دریایی گرسنه وجود تعداد بسیار کمی از سلول های EdU را نشان داد: 1240.6 ± 214.3 در چتر دریایی از گروه کنترل و 433.6 ± 133 در گروه گرسنه (XNUMX).3D-3H). این مشاهدات ممکن است شواهد مستقیمی باشد که تغذیه مستقیماً بر روند تکثیر تأثیر می گذارد.

برای آزمایش این فرضیه، دانشمندان یک سنجش دارویی انجام دادند که در آن با استفاده از هیدروکسی اوره (CH4N2O2)، یک مهارکننده چرخه سلولی که باعث توقف G1 می‌شود، پیشرفت چرخه سلولی را مسدود کردند. در نتیجه این مداخله، سلول‌های فاز S که قبلاً با استفاده از EdU شناسایی شده بودند ناپدید شدند.3I-3L). بنابراین، چتر دریایی که در معرض CH4N2O2 قرار گرفتند، برخلاف گروه کنترل، رشد بدن را نشان ندادند.3M).

مرحله بعدی مطالعه، مطالعه دقیق شاخک های شاخه دار چتر دریایی بود تا این فرض را تایید کند که تکثیر موضعی سلول ها در شاخک ها به مورفوژنز آنها کمک می کند.

تصویر شماره 4: تأثیر تکثیر موضعی بر رشد و انشعاب شاخک های چتر دریایی.

شاخک های یک چتر دریایی جوان یک شاخه است، اما با گذشت زمان تعداد آنها افزایش می یابد. در شرایط آزمایشگاهی، انشعاب 3 برابر در روز نهم مشاهده افزایش یافت.4A и 4S).

باز هم وقتی از CH4N2O2 استفاده شد، هیچ انشعاب شاخک ها مشاهده نشد، بلکه فقط یک شاخه (4B и 4C). عجیب است که حذف CH4N2O2 از بدن چتر دریایی روند انشعاب شاخک ها را بازسازی کرد که نشان دهنده برگشت پذیری مداخله دارویی است. این مشاهدات به وضوح اهمیت تکثیر برای رشد شاخک ها را نشان می دهد.

Cnidarians بدون نماتوسیت (cnidocytes، به عنوان مثال، cnidarians) cnidarians نمی‌شوند. در گونه چتر دریایی Clytia hemisphaerica، سلول های بنیادی در پیاز شاخک ها دقیقاً به دلیل تکثیر سلولی، نماتوکیست ها را به نوک شاخک ها می رساند. طبیعتاً دانشمندان تصمیم گرفتند این جمله را نیز آزمایش کنند.

برای تشخیص هرگونه ارتباط بین نماتوسیست ها و تکثیر، از یک رنگ رنگ آمیزی هسته ای استفاده شد که می تواند پلی-γ-گلوتامات سنتز شده در دیواره نماتوسیت را علامت گذاری کند (DAPI، یعنی 4'،6-diamidino-2-phenylindole).

رنگ آمیزی پلی-γ-گلوتامات به ما امکان داد اندازه نماتوسیت ها را از 2 تا 110 میکرومتر مربع تخمین بزنیم.4D-4G). تعدادی نماتوسیت خالی نیز شناسایی شد، یعنی چنین نماتوسیت‌هایی تخلیه شدند.4D-4G).

فعالیت تکثیر در شاخک های چتر دریایی با مطالعه حفره ها در نماتوسیت ها پس از مسدود شدن چرخه سلولی با CH4N2O2 مورد آزمایش قرار گرفت. نسبت نماتوسیت های خالی در چتر دریایی پس از مداخله دارویی بیشتر از گروه کنترل بود: 11.4/2.0 ± 19.7/2.0 درصد در چتر دریایی از گروه کنترل و 4/2 ± 2/XNUMX درصد در چتر دریایی با CHXNUMXNXNUMXOXNUMX.4D-4G и 4H). در نتیجه، حتی پس از فرسودگی، نماتوسیت ها همچنان به طور فعال با سلول های پیش ساز تکثیر عرضه می شوند، که تأثیر این فرآیند را نه تنها بر رشد شاخک ها، بلکه بر نماتوژنز در آنها تأیید می کند.

جالب ترین مرحله مطالعه توانایی های بازسازی چتر دریایی بود. با توجه به غلظت بالای سلول های تکثیر کننده در پیاز شاخک عروس دریایی بالغ کلادونما، دانشمندان تصمیم گرفتند بازسازی شاخک ها را مطالعه کنند.

تصویر شماره 5: تأثیر تکثیر بر بازسازی شاخک.

پس از تشریح شاخک ها در پایه، یک فرآیند بازسازی مشاهده شد (5A-5D). در طی 24 ساعت اول، بهبودی در ناحیه برش رخ داد (5B). در روز دوم مشاهده، نوک شروع به طولانی شدن کرد و شاخه ها ظاهر شدند (5S). در روز پنجم شاخک کاملاً منشعب شد (5Dبنابراین، بازسازی شاخک ممکن است به دنبال مورفوژنز طبیعی شاخک پس از کشیدگی باشد.

برای مطالعه بهتر مرحله اولیه بازسازی، دانشمندان توزیع سلول های در حال تکثیر را با استفاده از رنگ آمیزی PH3 برای تجسم سلول های میتوزی تجزیه و تحلیل کردند.

در حالی که سلول های تقسیم شده اغلب در نزدیکی ناحیه قطع شده مشاهده می شد، سلول های میتوزی در لامپ های شاخک دار شاهد بریده نشده پراکنده شدند.5E и 5F).

کمی سازی سلول های PH3 مثبت موجود در پیاز شاخک ها افزایش قابل توجهی در سلول های PH3 مثبت در پیاز شاخک افراد قطع عضو در مقایسه با گروه کنترل نشان داد.5G). به عنوان نتیجه، فرآیندهای بازسازی اولیه با افزایش فعال در تکثیر سلولی در لامپ های شاخک همراه است.

اثر تکثیر بر بازسازی با مسدود کردن سلول‌ها با CH4N2O2 پس از قطع شاخک مورد آزمایش قرار گرفت. در گروه کنترل، طبق انتظار، کشیدگی شاخک پس از قطع عضو به طور طبیعی رخ داد. اما در گروهی که CH4N2O2 روی آن اعمال شد، با وجود بهبود طبیعی زخم، ازدیاد طول رخ نداد.5H). به عبارت دیگر، شفا در هر صورت رخ خواهد داد، اما تکثیر برای بازسازی مناسب شاخک ضروری است.

در نهایت، دانشمندان تصمیم گرفتند تکثیر را در گونه های دیگر چتر دریایی، یعنی، مطالعه کنند Cytaeis и راثکیا.

تصویر شماره 6: مقایسه تکثیر در چتر دریایی Cytaeis (چپ) و Rathkea (راست).

У Cytaeis سلول های مدوزا EdU مثبت در مانوبریوم، پیاز شاخک و قسمت بالایی چتر مشاهده شد.6A и 6V). محل سلول های PH3 مثبت شناسایی شده در Cytaeis بسیار شبیه به کلادونما، با این حال، چند تفاوت وجود دارد (6C и 6D). اما در راثکیا سلول های EDU مثبت و PH3 مثبت تقریباً به طور انحصاری در ناحیه مانوبریوم و پیاز شاخک یافت شدند.6E-6H).

همچنین جالب است که سلول‌های در حال تکثیر اغلب در کلیه‌های چتر دریایی شناسایی می‌شوند راثکیا (6E-6G) که نشان دهنده نوع تولید مثل غیرجنسی این گونه است.

با در نظر گرفتن اطلاعات به دست آمده، می توان فرض کرد که تکثیر سلولی در پیازهای شاخک نه تنها در یک گونه از چتر دریایی رخ می دهد، اگرچه به دلیل تفاوت در فیزیولوژی و مورفولوژی تفاوت هایی وجود دارد.

برای آشنایی دقیق تر با تفاوت های ظریف مطالعه، توصیه می کنم نگاه کنید دانشمندان گزارش می دهند.

خاتمه

یکی از شخصیت های ادبی مورد علاقه من هرکول پوآرو است. کارآگاه زیرک همیشه به جزئیات کوچکی که دیگران فکر می کردند اهمیت خاصی ندارند توجه ویژه ای می کرد. دانشمندان شباهت زیادی به کارآگاهان دارند و تمام شواهدی را که می توانند پیدا کنند برای پاسخ به تمام سوالات تحقیق و کشف "مقصر" جمع آوری می کنند.

مهم نیست که چقدر واضح به نظر می رسد، بازسازی سلول های چتر دریایی به طور مستقیم با تکثیر مرتبط است - فرآیندی جدایی ناپذیر در رشد سلول ها، بافت ها و در نتیجه کل ارگانیسم. مطالعه دقیق تر این فرآیند جامع به ما امکان می دهد مکانیسم های مولکولی زیربنایی آن را بهتر درک کنیم، که به نوبه خود نه تنها دامنه دانش ما را گسترش می دهد، بلکه مستقیماً بر زندگی ما تأثیر می گذارد.

جمعه آف تاپ:

مارس چتر دریایی از گونه Aurelia که توسط یک شکارچی با نام غیرمعمول "چتر دریایی تخم مرغ سرخ شده" آشفته شده است. چتر دریایی تخم مرغ سرخ شده (سیاره زمین، صداپیشگی - دیوید آتنبرو).

این یک چتر دریایی نیست، اما از این موجود اعماق دریا (دهان بزرگ پلیکان مانند) اغلب عکس گرفته نمی شود (واکنش محققان به سادگی لمس است).

از تماشای شما متشکریم، کنجکاو بمانید و آخر هفته خوبی داشته باشید! 🙂

از اینکه با ما ماندید متشکرم آیا مقالات ما را دوست دارید؟ آیا می خواهید مطالب جالب تری ببینید؟ با ثبت سفارش یا معرفی به دوستان از ما حمایت کنید 30٪ تخفیف برای کاربران Habr در آنالوگ منحصر به فرد سرورهای سطح ورودی که توسط ما برای شما اختراع شده است: تمام حقیقت در مورد VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps از 20 دلار یا چگونه سرور را به اشتراک بگذاریم؟ (در دسترس با RAID1 و RAID10، حداکثر 24 هسته و حداکثر 40 گیگابایت DDR4).

Dell R730xd 2 برابر ارزان تر است؟ فقط اینجا 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV از 199 دلار در هلند! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - از 99 دلار! در مورد بخوانید نحوه ساخت شرکت زیرساخت کلاس با استفاده از سرورهای Dell R730xd E5-2650 v4 به ارزش 9000 یورو برای یک پنی؟

منبع: www.habr.com