Que teñen en común Wolverine, Deadpool e Jellyfish? Todos eles teñen unha característica sorprendente: a rexeneración. Por suposto, en cómics e películas, esta habilidade, común entre un número extremadamente limitado de organismos vivos reais, é lixeiramente (e ás veces moito) esaxerada, pero segue sendo moi real. E o que é real pódese explicar, que é o que decidiron facer os científicos da Universidade de Tohoku (Xapón) no seu novo estudo. Que procesos celulares no corpo dunha medusa están asociados coa rexeneración, como procede este proceso e que outros superpoderes teñen estas criaturas semellantes á marmelada? Diso falaranos o informe do grupo de investigación. Vaia.
Base de investigación
En primeiro lugar, os científicos explican por que decidiron centrar a súa atención nas medusas. O caso é que a maioría das investigacións no campo da bioloxía realízanse coa participación dos denominados organismos modelo: ratos, moscas da froita, vermes, peixes, etc. Pero o noso planeta alberga millóns de especies, cada unha das cales ten unha ou outra capacidade única. En consecuencia, é imposible avaliar completamente o proceso de rexeneración celular estudando só unha especie, e asumir que o mecanismo estudado será común a todas as criaturas da Terra.
En canto ás medusas, estas criaturas, pola súa mesma aparencia, falan da súa singularidade, que non poden menos que atraer a atención dos científicos. Por iso, antes de comezar a disección da propia investigación, coñecín o seu protagonista.
A palabra "medusa", que estamos acostumados a chamar á criatura como tal, en realidade só se refire á etapa do ciclo vital do subtipo cnidario. medusozoos. Os cnidarios recibiron un nome tan inusual debido á presenza de células urticantes (cnidocitos) nos seus corpos, que se usan para a caza e a autodefensa. En pocas palabras, cando te pique unha medusa, podes agradecer a estas células a dor e o sufrimento.
Os cnidocitos conteñen cnidocistos, un orgánulo intracelular responsable do efecto de "picadura". Segundo o seu aspecto e, en consecuencia, o método de aplicación, distínguense varios tipos de cnidocitos, entre os que se atopan:
- penetrantes - fíos con extremos puntiagudos que atravesan o corpo da vítima ou agresor como lanzas, inxectando unha neurotoxina;
- glutinantes - fíos pegajosos e longos que envolven á vítima (non é o abrazo máis agradable);
- os volvents son fíos curtos nos que a vítima pode enredarse facilmente.
Tales armas non estándar explícanse polo feito de que as medusas, aínda que son graciosas, non son criaturas especialmente áxiles. A neurotoxina que entra no corpo da presa paralízaa instantáneamente, o que dá moito tempo á medusa para unha pausa para xantar.
Medusa despois dunha caza exitosa.
Ademais do seu método inusual de caza e defensa, as medusas teñen unha reprodución moi inusual. Os machos producen espermatozoides e as femias producen ovos, tras a fusión dos cales se forman plánulas (larvas), que se asentan no fondo. Despois dun tempo, un pólipo crece a partir da larva, a partir do cal, ao alcanzar a madurez, as medusas novas literalmente rompen (de feito, prodúcese a brotación). Así, hai varias etapas do ciclo vital, unha delas é a xeración de medusas ou medusoides.
Cyanea peluda, tamén coñecida como melena de león.
Se se lle preguntara á cyanea peluda como aumentar a eficiencia da caza, respondería: máis tentáculos. Son uns 60 en total (grupos de 15 tentáculos en cada esquina da cúpula). Ademais, este tipo de medusas considérase a máis grande, porque o diámetro da cúpula pode alcanzar os 2 metros, e os tentáculos poden estirarse ata 20 metros durante a caza. Afortunadamente, esta especie non é particularmente "tóxica" e, polo tanto, non é mortal para os humanos.
A avespa mariña, pola súa banda, engadiría calidade á cantidade. Este tipo de medusa tamén ten 15 tentáculos (3 m de lonxitude) en cada unha das catro esquinas da cúpula, pero o seu veleno é moitas veces máis forte que o do seu parente grande. Crese que a avespa mariña ten neurotoxina suficiente para matar a 60 persoas en 3 minutos. Esta treboada dos mares vive na zona costeira do norte de Australia e Nova Zelanda. Segundo os datos de 1884 a 1996, 63 persoas morreron en Australia, pero estes datos poden ser inexactos e o número de encontros mortais entre humanos e avespas mariñas pode ser moito maior. Porén, segundo os datos de 1991-2004, entre 225 casos, só o 8% das vítimas foron hospitalizadas, incluíndo unha morte (un neno de tres anos).
Avispa de mar
Agora volvamos ao estudo que estamos a ver hoxe.
Desde o punto de vista das células, o proceso máis importante en toda a vida de calquera organismo é a proliferación celular - o proceso de crecemento dos tecidos do corpo mediante a reprodución celular por división. Durante o crecemento do corpo, este proceso regula o aumento do tamaño corporal. E cando o corpo está totalmente formado, as células proliferantes regulan o intercambio fisiolóxico das células e a substitución das danadas por outras novas.
Os cnidarios, como un grupo irmán de bilaterianos e metazoos temperáns, utilizáronse para estudar os procesos evolutivos durante moitos anos. Polo tanto, os cnidarios non son unha excepción en canto á proliferación. Por exemplo, durante o desenvolvemento embrionario da anémona de mar Nematostella vectensis a proliferación celular está coordinada coa organización epitelial e está implicada no desenvolvemento dos tentáculos.
Nematostella vectensis
Entre outras cousas, os cnidarios, como xa sabemos, son coñecidos polas súas capacidades rexenerativas. Os pólipos de hidra (un xénero de celenterados sésiles de auga doce da clase hidroide) foron considerados os máis populares entre os investigadores durante centos de anos. A proliferación, activada polas células moribundas, desencadea o proceso de rexeneración da cabeza basal da hidra. O propio nome desta criatura alude a unha criatura mítica coñecida pola súa rexeneración: a Hidra de Lerna, que Hércules foi capaz de derrotar.
Aínda que as capacidades rexenerativas foron relacionadas coa proliferación, aínda non está claro como se produce este proceso celular en condicións normais en diferentes etapas do desenvolvemento do organismo.
As medusas, que teñen un complexo ciclo vital que consiste en dúas etapas de reprodución (vexetativa e sexual), serven de excelente modelo para estudar a proliferación.
Neste traballo, o papel do principal individuo estudado foi a medusa da especie Cladonema pacificum. Esta especie vive nas costas de Xapón. Inicialmente, esta medusa ten 9 tentáculos principais, que comezan a ramificarse e aumentar de tamaño (como todo o corpo) durante o desenvolvemento ata un adulto. Esta característica permítenos estudar en detalle todos os mecanismos que interveñen neste proceso.
Ademais de Cladonema pacificum O estudo tamén analizou outros tipos de medusas: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.
Resultados da investigación
Para comprender o patrón espacial de proliferación celular en Cladonema medusa, os científicos utilizaron a tinción con 5-etinil-2'-desoxiuridina (EdU), que marca as células en Fase S* ou células que xa o pasaron.
Fase S* - a fase do ciclo celular na que se produce a replicación do ADN.
Tendo en conta iso Cladonema aumenta drasticamente de tamaño e presenta ramificación de tentáculos durante o desenvolvemento (1A-1C), a distribución das células en proliferación pode cambiar ao longo da maduración.
Imaxe no 1: características da proliferación celular en Cladonema novo.
Debido a esta característica, foi posible estudar o mecanismo de proliferación celular tanto en medusas novas (día 1) como sexualmente maduras (día 45).
Nas medusas xuvenís, as células EdU positivas atopáronse en gran cantidade en todo o corpo, incluíndo a umbela, o manubrio (o órgano de apoio da cavidade oral nas medusas) e os tentáculos, independentemente do tempo de exposición a EdU.1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 µM (micromolar) despois de 24 horas).
Atopáronse bastantes células EdU positivas no manubrio (1F и 1G), pero no paraugas a súa distribución era moi uniforme, especialmente na capa exterior do paraugas (paraugas, 1H-1K). Nos tentáculos, as células EdU positivas estaban moi agrupadas (1N). O uso dun marcador mitótico (anticorpo PH3) permitiu comprobar que as células EdU positivas son células en proliferación. Atopáronse células PH3 positivas tanto no paraugas como no bulbo do tentáculo (1L и 1P).
Nos tentáculos, as células mitóticas atopáronse principalmente no ectodermo (1P), mentres que no paraugas as células proliferantes situáronse na capa superficial (1M).
Imaxe no 2: características da proliferación celular no Cladonema maduro.
Tanto en individuos novos como maduros, as células EdU positivas atopáronse en gran cantidade por todo o corpo. Na umbela, as células EdU positivas atopáronse con máis frecuencia na capa superficial que na capa inferior, o que é similar ás observacións en xuvenís (2A-2D).
Pero nos tentáculos a situación era algo diferente. Células EdU positivas acumuláronse na base do tentáculo (bulbo), onde se atoparon dous grupos a cada lado do bulbo (2E и 2F). En individuos novos tamén se observaron acumulacións similares (1N), é dicir. os bulbos tentáculos poden ser a principal área de proliferación ao longo da etapa medusoide. É curioso que no manubrio dos individuos adultos o número de células positivas para EdU fose significativamente maior que nos xuvenís.2G и 2H).
O resultado intermedio é que a proliferación celular pode producirse uniformemente no paraugas dunha medusa, pero nos tentáculos este proceso está moi localizado. Polo tanto, pódese supoñer que a proliferación celular uniforme pode controlar o crecemento do corpo e a homeostase dos tecidos, pero os grupos de células proliferantes preto dos bulbos dos tentáculos están implicados na morfoxénese dos tentáculos.
En termos de desenvolvemento corporal en si, a proliferación xoga un papel importante no crecemento corporal.
Imaxe #3: A importancia da proliferación no proceso de crecemento corporal dunha medusa.
Para probalo na práctica, os científicos controlaron o crecemento corporal das medusas, comezando por individuos novos. O máis sinxelo é determinar o tamaño do corpo dunha medusa pola súa cúpula, xa que crece uniformemente e en proporción directa a todo o corpo.
Coa alimentación normal en condicións de laboratorio, o tamaño da cúpula aumenta drasticamente nun 54.8% durante as primeiras 24 horas - de 0.62 ± 0.02 mm2 a 0.96 ± 0.02 mm2. Durante os seguintes 5 días de observacións, o tamaño aumentou lenta e suavemente ata 0.98 ± 0.03 mm2 (3A-3S).
As medusas doutro grupo, que foron privadas de alimento, non creceron, senón que se encolleron (liña vermella no gráfico 3S). A análise celular das medusas famentosas mostrou a presenza dun número extremadamente reducido de células EdU: 1240.6 ± 214.3 nas medusas do grupo control e 433.6 ± 133 nas que morren de fame.3D-3H). Esta observación pode ser unha evidencia directa de que a nutrición inflúe directamente no proceso de proliferación.
Para probar esta hipótese, os científicos realizaron un ensaio farmacolóxico no que bloquearon a progresión do ciclo celular usando hidroxiurea (CH4N2O2), un inhibidor do ciclo celular que provoca a detención do G1. Como resultado desta intervención, desapareceron as células en fase S detectadas previamente mediante EdU (3I-3L). Así, as medusas que foron expostas a CH4N2O2 non mostraron crecemento corporal, a diferenza do grupo control.3M).
A seguinte etapa do estudo foi un estudo detallado dos tentáculos ramificados das medusas para confirmar a suposición de que a proliferación local de células nos tentáculos contribúe á súa morfoxénese.
Imaxe no 4: o efecto da proliferación local no crecemento e ramificación dos tentáculos das medusas.
Os tentáculos dunha medusa nova teñen unha rama, pero co paso do tempo o seu número aumenta. En condicións de laboratorio, a ramificación aumentou 3 veces no noveno día de observación (4A и 4S).
De novo, cando se utilizou CH4N2O2, non se observou ningunha ramificación dos tentáculos, senón só unha rama (4B и 4C). É curioso que a eliminación de CH4N2O2 do corpo das medusas restableza o proceso de ramificación dos tentáculos, o que indica a reversibilidade da intervención farmacolóxica. Estas observacións indican claramente a importancia da proliferación para o desenvolvemento dos tentáculos.
Os cnidarios non serían cnidarios sen nematocitos (cnidocitos, é dicir, cnidarios). Na especie de medusa Clytia hemisphaerica, as células nai dos bulbos dos tentáculos fornecen nematocistos ás puntas dos tentáculos precisamente debido á proliferación celular. Por suposto, os científicos decidiron probar esta afirmación tamén.
Para detectar calquera conexión entre nematocistos e proliferación, utilizouse un colorante de tinción nuclear que pode marcar poli-γ-glutamato sintetizado na parede do nematocisto (DAPI, é dicir, 4′,6-diamidino-2-fenilindol).
A tinción de poli-γ-glutamato permitiu estimar o tamaño dos nematocitos, que oscila entre 2 e 110 μm2.4D-4G). Tamén se identificaron unha serie de nematocistos baleiros, é dicir, esgotaron tales nematocitos (4D-4G).
Probouse a actividade de proliferación en tentáculos de medusa estudando ocos nos nematocitos despois do bloqueo do ciclo celular con CH4N2O2. A proporción de nematocitos baleiros nas medusas despois da intervención farmacolóxica foi maior que no grupo control: 11.4% ± 2.0% nas medusas do grupo control e 19.7% ± 2.0% nas medusas con CH4N2O2.4D-4G и 4H). En consecuencia, mesmo despois do esgotamento, os nematocitos seguen a ser subministrados activamente con células proxenitoras de proliferación, o que confirma a influencia deste proceso non só no desenvolvemento dos tentáculos, senón tamén na nematoxénese neles.
A etapa máis interesante foi o estudo das capacidades rexenerativas das medusas. Considerando a alta concentración de células proliferativas no bulbo tentáculo das medusas maduras Cladonema, os científicos decidiron estudar a rexeneración dos tentáculos.
Imaxe no 5: o efecto da proliferación na rexeneración dos tentáculos.
Despois da disección dos tentáculos na base, observouse un proceso de rexeneración (5A-5D). Durante as primeiras 24 horas, a cicatrización produciuse na zona da incisión (5B). O segundo día de observación, a punta comezou a alongarse e apareceron ramas (5S). O quinto día, o tentáculo estaba completamente ramificado (5D), polo tanto, a rexeneración dos tentáculos pode seguir a morfoxénese normal dos tentáculos despois do alongamento.
Para estudar mellor a fase inicial da rexeneración, os científicos analizaron a distribución das células en proliferación mediante a tinción de PH3 para visualizar as células mitóticas.
Mentres que a miúdo se observaban células en división preto da área amputada, as células mitóticas dispersáronse en bulbos tentáculos de control non cortados (5E и 5F).
A cuantificación das células PH3-positivas presentes nos bulbos dos tentáculos revelou un aumento significativo das células PH3 positivas nos bulbos dos tentáculos dos amputados en comparación cos controles.5G). Como conclusión, os procesos rexenerativos iniciais van acompañados dun aumento activo da proliferación celular nos bulbos dos tentáculos.
Probouse o efecto da proliferación na rexeneración bloqueando células con CH4N2O2 despois de cortar o tentáculo. No grupo control, a elongación dos tentáculos despois da amputación produciuse normalmente, como se esperaba. Pero no grupo no que se aplicou CH4N2O2, non se produciu o alongamento, a pesar da cicatrización normal da ferida (5H). Noutras palabras, a curación producirase en calquera caso, pero a proliferación é necesaria para a rexeneración adecuada dos tentáculos.
Finalmente, os científicos decidiron estudar a proliferación noutras especies de medusas, a saber Cytaeis и Rathkea.
Imaxe #6: Comparación da proliferación nas medusas Cytaeis (esquerda) e Rathkea (dereita).
У Cytaeis Observáronse células medusa EdU positivas no manubrio, os bulbos dos tentáculos e na parte superior do paraugas (6A и 6V). Localización das células PH3 positivas identificadas Cytaeis moi semellante a Cladonema, pero hai algunhas diferenzas (6C и 6D). Pero ás Rathkea As células EdU positivas e PH3 positivas atopáronse case exclusivamente na rexión do manubrio e dos bulbos dos tentáculos.6E-6H).
Tamén é interesante que moitas veces se detectaron células en proliferación nos riles das medusas Rathkea (6E-6G), que reflicte o tipo de reprodución asexual desta especie.
Tendo en conta a información obtida, pódese supoñer que a proliferación celular se produce nos bulbos dos tentáculos non só nunha especie de medusa, aínda que existen diferenzas debido a diferenzas de fisioloxía e morfoloxía.
Para un coñecemento máis detallado dos matices do estudo, recoméndolle ollar .
Epílogo
Un dos meus personaxes literarios favoritos é Hércules Poirot. O astuto detective sempre prestou especial atención aos pequenos detalles que outros pensaban que carecían de importancia. Os científicos son moi parecidos aos detectives, que recollen todas as probas que poden atopar para responder a todas as preguntas da investigación e descubrir o "culpable".
Por moi obvio que poida parecer, a rexeneración das células das medusas está directamente relacionada coa proliferación, un proceso integral no desenvolvemento das células, dos tecidos e, como consecuencia, de todo o organismo. Un estudo máis exhaustivo deste proceso integral permitiranos comprender mellor os mecanismos moleculares que o subxacen, o que, á súa vez, ampliará non só o alcance do noso coñecemento, senón que tamén afectará directamente ás nosas vidas.
Venres fóra de tope:
Marcha de medusas da especie Aurelia, perturbadas por un depredador co nome inusual de "medusa de ovo frito", é dicir. medusa de ovo frito (Planet Earth, voz en off de David Attenborough).
Non é unha medusa, pero esta criatura das profundidades mariñas (o pelícano) non adoita ser fotografada (a reacción dos investigadores é simplemente conmovedora).
Grazas por ver, quédate con curiosidade e teñades unha boa fin de semana a todos! 🙂
Grazas por estar connosco. Gústanche os nosos artigos? Queres ver máis contido interesante? Apóyanos facendo un pedido ou recomendando a amigos, Desconto do 30 % para os usuarios de Habr nun análogo único de servidores de nivel de entrada, que inventamos nós para ti: (dispoñible con RAID1 e RAID10, ata 24 núcleos e ata 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 veces máis barato? Só aquí nos Países Baixos! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - desde $ 99! Ler sobre
Fonte: www.habr.com