Apa kesamaan Wolverine, Deadpool, dan Ubur-ubur? Semuanya memiliki fitur luar biasa - regenerasi. Tentu saja, dalam komik dan film, kemampuan ini, yang umum terjadi pada organisme hidup nyata yang jumlahnya sangat terbatas, sedikit (dan terkadang sangat) dilebih-lebihkan, tetapi tetap sangat nyata. Dan apa yang nyata dapat dijelaskan, yaitu apa yang diputuskan oleh para ilmuwan dari Universitas Tohoku (Jepang) dalam penelitian baru mereka. Proses seluler apa dalam tubuh ubur-ubur yang berhubungan dengan regenerasi, bagaimana proses ini berlangsung, dan kekuatan super apa lagi yang dimiliki makhluk mirip ubur-ubur ini? Laporan kelompok penelitian akan memberi tahu kita tentang hal ini. Pergi.
Dasar penelitian
Pertama-tama, para ilmuwan menjelaskan mengapa mereka memutuskan untuk memusatkan perhatian mereka pada ubur-ubur. Faktanya adalah bahwa sebagian besar penelitian di bidang biologi dilakukan dengan partisipasi organisme model: tikus, lalat buah, cacing, ikan, dll. Namun planet kita adalah rumah bagi jutaan spesies, yang masing-masing memiliki satu atau beberapa kemampuan unik. Oleh karena itu, tidak mungkin untuk mengevaluasi sepenuhnya proses regenerasi sel hanya dengan mempelajari satu spesies, dan berasumsi bahwa mekanisme yang dipelajari akan umum terjadi pada semua makhluk di Bumi.
Adapun ubur-ubur, makhluk-makhluk ini, dari penampilannya, menunjukkan keunikannya, yang menarik perhatian para ilmuwan. Oleh karena itu, sebelum memulai membedah penelitian itu sendiri, saya bertemu dengan tokoh utamanya.
Kata “ubur-ubur”, yang biasa kita sebut sebagai makhluk seperti itu, sebenarnya hanya mengacu pada tahapan siklus hidup subtipe cnidaria. medusozoa. Cnidaria mendapat nama yang tidak biasa karena adanya sel penyengat (knidosit) di dalam tubuhnya, yang digunakan untuk berburu dan membela diri. Sederhananya, ketika Anda disengat ubur-ubur, Anda berterima kasih kepada sel-sel ini atas rasa sakit dan penderitaannya.
Knidosit mengandung knidokista, organel intraseluler yang bertanggung jawab atas efek “menyengat”. Menurut penampilannya dan cara penerapannya, beberapa jenis knidosit dibedakan, di antaranya adalah:
- penetran - benang dengan ujung runcing yang menembus tubuh korban atau pelaku seperti tombak, menyuntikkan racun saraf;
- perekat - benang lengket dan panjang yang menyelimuti korban (bukan pelukan yang paling menyenangkan);
- volvent adalah benang pendek yang membuat korban mudah terjerat.
Senjata non-standar tersebut dijelaskan oleh fakta bahwa ubur-ubur, meskipun anggun, bukanlah makhluk yang gesit. Neurotoksin yang masuk ke dalam tubuh mangsanya langsung melumpuhkannya, sehingga memberi ubur-ubur banyak waktu untuk istirahat makan siang.
Ubur-ubur setelah perburuan sukses.
Selain metode berburu dan pertahanannya yang tidak biasa, ubur-ubur memiliki reproduksi yang sangat tidak biasa. Laki-laki menghasilkan sperma, dan perempuan menghasilkan telur, setelah peleburan yang planula (larva) terbentuk, menetap di bagian bawah. Setelah beberapa saat, polip tumbuh dari larva, yang darinya, setelah mencapai kematangan, ubur-ubur muda benar-benar putus (bahkan terjadi tunas). Dengan demikian, ada beberapa tahapan dalam siklus hidupnya, salah satunya adalah generasi ubur-ubur atau medusoid.
Cyanea berbulu, juga dikenal sebagai surai singa.
Jika cyanea berbulu ditanya bagaimana meningkatkan efisiensi berburu, dia akan menjawab - lebih banyak tentakel. Totalnya ada sekitar 60 (kelompok 15 tentakel di setiap sudut kubah). Selain itu, ubur-ubur jenis ini tergolong paling besar, karena diameter kubahnya bisa mencapai 2 meter, dan tentakelnya bisa meregang hingga 20 meter saat berburu. Untungnya, spesies ini tidak terlalu “beracun” sehingga tidak berakibat fatal bagi manusia.
Tawon laut, pada gilirannya, akan menambah kualitas pada kuantitas. Ubur-ubur jenis ini juga memiliki 15 tentakel (panjang 3 m) di keempat sudut kubahnya, namun racunnya berkali-kali lipat lebih kuat dibandingkan racun kerabatnya yang besar. Tawon laut diyakini memiliki racun saraf yang cukup untuk membunuh 60 orang dalam 3 menit. Badai petir laut ini hidup di zona pesisir Australia utara dan Selandia Baru. Menurut data dari tahun 1884 hingga 1996, 63 orang meninggal di Australia, namun data ini mungkin tidak akurat, dan jumlah pertemuan fatal antara manusia dan tawon laut mungkin jauh lebih tinggi. Namun menurut data tahun 1991-2004, dari 225 kasus, hanya 8% korban yang dirawat di rumah sakit, termasuk satu kematian (anak berusia tiga tahun).
Tawon laut
Sekarang mari kita kembali ke penelitian yang kita lihat hari ini.
Dari sudut pandang sel, proses terpenting dalam seluruh kehidupan organisme adalah proliferasi sel - proses pertumbuhan jaringan tubuh melalui reproduksi sel melalui pembelahan. Selama pertumbuhan tubuh, proses ini mengatur pertambahan ukuran tubuh. Dan ketika tubuh sudah terbentuk sempurna, sel-sel yang berkembang biak mengatur pertukaran fisiologis sel dan penggantian sel yang rusak dengan sel baru.
Cnidaria, sebagai kelompok kembar bilateria dan metazoa awal, telah digunakan untuk mempelajari proses evolusi selama bertahun-tahun. Oleh karena itu, cnidaria tidak terkecuali dalam hal perkembangbiakannya. Misalnya pada masa perkembangan embrio anemon laut Nematostella vectensis proliferasi sel dikoordinasikan dengan organisasi epitel dan terlibat dalam pengembangan tentakel.
Nematostella vectensis
Antara lain, cnidaria seperti yang telah kita ketahui dikenal dengan kemampuan regeneratifnya. Polip Hydra (genus coelenterata sesil air tawar dari kelas hidroid) telah dianggap paling populer di kalangan peneliti selama ratusan tahun. Proliferasi, diaktifkan oleh sel-sel yang mati, memicu proses regenerasi kepala basal hydra. Nama makhluk ini mengacu pada makhluk mitos yang terkenal dengan regenerasinya - Lernaean Hydra, yang mampu dikalahkan oleh Hercules.
Meskipun kemampuan regeneratif telah dikaitkan dengan proliferasi, masih belum jelas bagaimana proses seluler ini terjadi dalam kondisi normal pada berbagai tahap perkembangan organisme.
Ubur-ubur, yang memiliki siklus hidup kompleks yang terdiri dari dua tahap reproduksi (vegetatif dan seksual), menjadi model yang sangat baik untuk mempelajari perkembangbiakan.
Dalam karya ini, peran individu utama yang dipelajari dimainkan oleh ubur-ubur dari spesies Cladonema pacificum. Spesies ini hidup di lepas pantai Jepang. Awalnya ubur-ubur ini memiliki 9 tentakel utama yang mulai bercabang dan bertambah besar (seperti seluruh tubuh) seiring perkembangan hingga dewasa. Fitur ini memungkinkan kita mempelajari secara detail semua mekanisme yang terlibat dalam proses ini.
Selain itu Cladonema pasifikum Penelitian ini juga mengamati jenis ubur-ubur lainnya: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.
Hasil penelitian
Untuk memahami pola spasial proliferasi sel di Cladonema medusa, para ilmuwan menggunakan pewarnaan 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU), yang memberi label pada sel-sel di dalamnya. Fase S* atau sel yang telah melewatinya.
Fase S* - fase siklus sel di mana replikasi DNA terjadi.
Mempertimbangkan itu Cladonema ukurannya meningkat secara dramatis dan menunjukkan percabangan tentakel selama perkembangan (1A-1C), distribusi sel yang berproliferasi dapat berubah sepanjang pematangan.
Gambar No. 1: ciri-ciri proliferasi sel pada Cladonema muda.
Karena fitur ini, mekanisme proliferasi sel pada ubur-ubur muda (hari ke-1) dan dewasa secara seksual (hari ke-45) dapat dipelajari.
Pada ubur-ubur remaja, sel-sel positif EdU ditemukan dalam jumlah besar di seluruh tubuh, termasuk umbel, manubrium (organ pendukung rongga mulut pada ubur-ubur), dan tentakel, terlepas dari waktu paparan EdU (1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 µM (mikromolar) setelah 24 jam).
Cukup banyak sel EdU-positif yang ditemukan di manubrium (1F и 1G), namun di dalam payung penyebarannya sangat seragam, terutama pada bagian kulit terluar payung (payung, 1H-1K). Di dalam tentakel, sel-sel EdU-positif sangat berkerumun (1N). Penggunaan penanda mitosis (antibodi PH3) memungkinkan untuk memverifikasi bahwa sel positif EdU adalah sel yang berkembang biak. Sel-sel PH3-positif ditemukan di payung dan umbi tentakel (1L и 1P).
Di tentakel, sel mitosis terutama ditemukan di ektoderm (1P), sedangkan di dalam payung sel-sel yang berkembang biak terletak di lapisan permukaan (1M).
Gambar No. 2: ciri-ciri proliferasi sel pada Cladonema dewasa.
Baik pada individu muda maupun dewasa, sel positif EdU ditemukan dalam jumlah besar di seluruh tubuh. Di umbel, sel-sel EdU-positif lebih sering ditemukan di lapisan superfisial dibandingkan di lapisan bawah, serupa dengan pengamatan pada remaja (2A-2D).
Tapi di tentakel situasinya agak berbeda. Sel-sel EdU-positif terakumulasi di dasar tentakel (bulb), di mana ditemukan dua kelompok di kedua sisi bulb (2E и 2F). Pada individu muda, akumulasi serupa juga diamati (1N), yaitu umbi tentakel mungkin merupakan area utama proliferasi sepanjang tahap medusoid. Sangat mengherankan bahwa di manubrium individu dewasa, jumlah sel positif EdU secara signifikan lebih besar dibandingkan pada individu muda (2G и 2H).
Hasil antara adalah proliferasi sel dapat terjadi secara seragam pada payung ubur-ubur, namun pada tentakel proses ini sangat terlokalisasi. Oleh karena itu, dapat diasumsikan bahwa proliferasi sel yang seragam dapat mengontrol pertumbuhan tubuh dan homeostasis jaringan, namun kelompok sel yang berkembang biak di dekat umbi tentakel terlibat dalam morfogenesis tentakel.
Dari segi perkembangan tubuh sendiri, proliferasi memegang peranan penting dalam pertumbuhan tubuh.
Gambar #3: Pentingnya proliferasi dalam proses pertumbuhan tubuh ubur-ubur.
Untuk mengujinya dalam praktik, para ilmuwan memantau pertumbuhan tubuh ubur-ubur, dimulai dari individu muda. Cara termudah untuk menentukan ukuran tubuh ubur-ubur adalah dari kubahnya, karena ia tumbuh merata dan berbanding lurus dengan seluruh tubuhnya.
Dengan pemberian pakan normal dalam kondisi laboratorium, ukuran kubah meningkat tajam sebesar 54.8% selama 24 jam pertama - dari 0.62 ± 0.02 mm2 menjadi 0.96 ± 0.02 mm2. Selama pengamatan 5 hari berikutnya, ukurannya meningkat perlahan dan lancar menjadi 0.98 ± 0.03 mm2 (3А-3S).
Ubur-ubur dari kelompok lain yang kekurangan makanan tidak tumbuh, melainkan menyusut (garis merah pada grafik 3S). Analisis seluler ubur-ubur yang kelaparan menunjukkan adanya jumlah sel EdU yang sangat kecil: 1240.6 ± 214.3 pada ubur-ubur dari kelompok kontrol dan 433.6 ± 133 pada ubur-ubur yang kelaparan (3D-3H). Pengamatan ini mungkin merupakan bukti langsung bahwa nutrisi secara langsung mempengaruhi proses proliferasi.
Untuk menguji hipotesis ini, para ilmuwan melakukan uji farmakologis di mana mereka memblokir perkembangan siklus sel menggunakan hidroksiurea (CH4N2O2), penghambat siklus sel yang menyebabkan penangkapan G1. Akibat intervensi ini, sel fase S yang sebelumnya terdeteksi menggunakan EdU menghilang (3I-3L). Dengan demikian, ubur-ubur yang terkena CH4N2O2 tidak menunjukkan pertumbuhan tubuh, berbeda dengan kelompok kontrol (3M).
Tahap penelitian selanjutnya adalah studi rinci tentang percabangan tentakel ubur-ubur untuk mengkonfirmasi asumsi bahwa proliferasi sel lokal di tentakel berkontribusi terhadap morfogenesisnya.
Gambar No. 4: pengaruh perkembangbiakan lokal terhadap pertumbuhan dan percabangan tentakel ubur-ubur.
Tentakel ubur-ubur muda memiliki satu cabang, namun seiring berjalannya waktu jumlahnya bertambah. Pada kondisi laboratorium, percabangan meningkat 3 kali lipat pada pengamatan hari kesembilan (4А и 4S).
Sekali lagi, ketika CH4N2O2 digunakan, tidak ada percabangan tentakel yang diamati, tetapi hanya satu cabang (4B и 4C). Sangat mengherankan bahwa penghilangan CH4N2O2 dari tubuh ubur-ubur memulihkan proses percabangan tentakel, yang menunjukkan reversibilitas intervensi obat. Pengamatan ini dengan jelas menunjukkan pentingnya proliferasi untuk perkembangan tentakel.
Cnidaria tidak akan menjadi cnidaria tanpa nematosit (cnidosit, yaitu cnidaria). Pada spesies ubur-ubur Clytia hemisphaerica, sel induk di umbi tentakel memasok nematosista ke ujung tentakel karena proliferasi sel. Tentu saja, para ilmuwan memutuskan untuk menguji pernyataan ini juga.
Untuk mendeteksi hubungan antara nematosista dan proliferasi, digunakan pewarna pewarnaan nuklir yang dapat menandai poli-γ-glutamat yang disintesis di dinding nematocyst (DAPI, yaitu 4′,6-diamidino-2-phenylindole).
Pewarnaan poli-γ-glutamat memungkinkan kami memperkirakan ukuran nematosit, berkisar antara 2 hingga 110 μm2 (4D-4G). Sejumlah nematosit kosong juga diidentifikasi, yaitu nematosit tersebut habis (4D-4G).
Aktivitas proliferasi tentakel ubur-ubur diuji dengan mempelajari rongga pada nematosit setelah pemblokiran siklus sel dengan CH4N2O2. Proporsi nematosit kosong pada ubur-ubur setelah intervensi obat lebih tinggi dibandingkan kelompok kontrol: 11.4% ± 2.0% pada ubur-ubur dari kelompok kontrol dan 19.7% ± 2.0% pada ubur-ubur dengan CH4N2O2 (4D-4G и 4H). Akibatnya, bahkan setelah kehabisan tenaga, nematosit terus secara aktif disuplai dengan sel progenitor proliferasi, yang menegaskan pengaruh proses ini tidak hanya pada perkembangan tentakel, tetapi juga pada nematogenesis di dalamnya.
Tahap yang paling menarik adalah mempelajari kemampuan regeneratif ubur-ubur. Mengingat tingginya konsentrasi sel proliferasi pada umbi tentakel ubur-ubur dewasa Cladonema, para ilmuwan memutuskan untuk mempelajari regenerasi tentakel.
Gambar No. 5: efek proliferasi pada regenerasi tentakel.
Setelah tentakel dibedah di bagian pangkal, terjadi proses regenerasi (5A-5D). Selama 24 jam pertama, terjadi penyembuhan pada area sayatan (5B). Pada pengamatan hari kedua, pucuk mulai memanjang dan muncul cabang (5S). Pada hari kelima, tentakelnya telah bercabang sempurna (5D), oleh karena itu, regenerasi tentakel dapat mengikuti morfogenesis tentakel normal setelah pemanjangan.
Untuk mempelajari tahap awal regenerasi dengan lebih baik, para ilmuwan menganalisis distribusi sel yang berkembang biak menggunakan pewarnaan PH3 untuk memvisualisasikan sel mitosis.
Sementara sel-sel yang membelah sering diamati di dekat area yang diamputasi, sel-sel mitosis tersebar dalam umbi tentakel kontrol yang tidak dipotong (5E и 5F).
Kuantifikasi sel-sel PH3-positif yang ada dalam umbi tentakel menunjukkan peningkatan yang signifikan dalam sel-sel PH3-positif dalam umbi tentakel orang yang diamputasi dibandingkan dengan kontrol (5G). Kesimpulannya, proses regeneratif awal disertai dengan peningkatan aktif proliferasi sel pada umbi tentakel.
Efek proliferasi terhadap regenerasi diuji dengan memblokir sel dengan CH4N2O2 setelah tentakelnya dipotong. Pada kelompok kontrol, pemanjangan tentakel setelah amputasi terjadi secara normal, seperti yang diharapkan. Namun pada kelompok yang diberi CH4N2O2, pemanjangan tidak terjadi meskipun penyembuhan luka normal (5H). Dengan kata lain, penyembuhan akan terjadi bagaimanapun juga, tetapi proliferasi diperlukan untuk regenerasi tentakel yang tepat.
Akhirnya para ilmuwan memutuskan untuk mempelajari perkembangbiakan spesies ubur-ubur lainnya, yaitu Cytaeis и Rathkea.
Gambar #6: Perbandingan perkembangbiakan ubur-ubur Cytaeis (kiri) dan Rathkea (kanan).
У Cytaeis sel medusa EdU-positif diamati di manubrium, umbi tentakel dan bagian atas payung (6А и 6V). Lokasi sel positif PH3 yang teridentifikasi di Cytaeis sangat mirip dengan Cladonema, namun ada beberapa perbedaan (6C и 6D). Tapi di Rathkea Sel EdU-positif dan PH3-positif ditemukan hampir secara eksklusif di wilayah manubrium dan bulbus tentakel (6E-6H).
Menarik juga bahwa sel-sel yang berkembang biak sering terdeteksi pada ginjal ubur-ubur Rathkea (6E-6G), yang mencerminkan jenis reproduksi aseksual spesies ini.
Dengan memperhatikan informasi yang diperoleh, maka dapat diasumsikan bahwa perkembangbiakan sel terjadi pada umbi tentakel tidak hanya pada satu spesies ubur-ubur saja, walaupun terdapat perbedaan karena perbedaan fisiologi dan morfologi.
Untuk kenalan yang lebih detail dengan nuansa penelitian, saya sarankan untuk melihatnya .
Bagian terakhir dr suatu karya sastra
Salah satu karakter sastra favorit saya adalah Hercule Poirot. Detektif yang cerdik selalu memberikan perhatian khusus pada detail-detail kecil yang dianggap tidak penting oleh orang lain. Ilmuwan sangat mirip dengan detektif, mengumpulkan semua bukti yang dapat mereka temukan untuk menjawab semua pertanyaan penyelidikan dan mencari tahu “pelakunya”.
Betapapun jelasnya kedengarannya, regenerasi sel ubur-ubur berhubungan langsung dengan proliferasi - suatu proses integral dalam perkembangan sel, jaringan dan, sebagai konsekuensinya, seluruh organisme. Sebuah studi yang lebih menyeluruh tentang proses komprehensif ini akan memungkinkan kita untuk lebih memahami mekanisme molekuler yang mendasarinya, yang pada gilirannya akan memperluas tidak hanya jangkauan pengetahuan kita, namun juga secara langsung mempengaruhi kehidupan kita.
Hari Jumat libur:
Barisan ubur-ubur spesies Aurelia, diganggu oleh predator dengan nama yang tidak biasa “ubur-ubur telur goreng”, yaitu. ubur-ubur telur goreng (Planet Earth, pengisi suara oleh David Attenborough).
Memang bukan ubur-ubur, tapi makhluk laut dalam (bermulut besar mirip pelikan) ini jarang difoto (reaksi peneliti sungguh mengharukan).
Terima kasih telah menonton, tetap penasaran dan semoga akhir pekanmu menyenangkan semuanya! 🙂
Terima kasih untuk tetap bersama kami. Apakah Anda menyukai artikel kami? Ingin melihat konten yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikan kepada teman, Diskon 30% untuk pengguna Habr pada analog unik dari server level awal, yang kami ciptakan untuk Anda: (tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kali lebih murah? Hanya disini di Belanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mulai $99! Membaca tentang
Sumber: www.habr.com