Hvað eiga Wolverine, Deadpool og Marglytta sameiginlegt? Öll þau hafa ótrúlegan eiginleika - endurnýjun. Auðvitað, í myndasögum og kvikmyndum, er þessi hæfileiki, sem er algengur meðal afar takmarkaðs fjölda raunverulegra lífvera, örlítið (og stundum mjög) ýkt, en hann er enn mjög raunverulegur. Og það sem er raunverulegt er hægt að útskýra, sem er það sem vísindamenn frá Tohoku háskólanum (Japan) ákváðu að gera í nýju rannsókninni. Hvaða frumuferli í líkama marglyttu tengjast endurnýjun, hvernig fer þetta ferli fram og hvaða aðra ofurkrafta hafa þessar hlauplíku verur? Skýrsla rannsóknarhópsins mun segja okkur frá þessu. Farðu.
Rannsóknargrundvöllur
Í fyrsta lagi útskýra vísindamenn hvers vegna þeir ákváðu að beina athygli sinni að marglyttum. Staðreyndin er sú að flestar rannsóknir á sviði líffræði eru gerðar með þátttöku svokallaðra líkanlífvera: músa, ávaxtaflugna, orma, fiska o.fl. En plánetan okkar er heimkynni milljóna tegunda, sem hver um sig hefur eina eða aðra einstaka hæfileika. Þar af leiðandi er ómögulegt að meta að fullu ferlið við endurnýjun frumna með því að rannsaka aðeins eina tegund og gera ráð fyrir að rannsökuð vélbúnaðurinn verði sameiginlegur öllum verum á jörðinni.
Hvað marglyttur varðar, þá tala þessar skepnur, vegna útlits þeirra, um sérstöðu sína, sem getur ekki annað en dregið að sér athygli vísindamanna. Þess vegna, áður en ég hóf krufningu rannsóknarinnar sjálfrar, hitti ég aðalpersónu hennar.
Orðið „marlytta“, sem við erum vön að kalla veruna sem slíka, vísar í raun aðeins til lífsferils undirtegundarinnar Cnidarian. medusozoa. Cnidarians fengu svo óvenjulegt nafn vegna nærveru stingfrumur (cnidocytes) í líkama þeirra, sem eru notaðar til veiða og sjálfsvörn. Einfaldlega sagt, þegar þú verður stunginn af marglyttu geturðu þakkað þessum frumum fyrir sársaukann og þjáninguna.
Cnidocytes innihalda cnidocysts, innanfrumu frumulíffæri sem ber ábyrgð á „stungu“ áhrifunum. Samkvæmt útliti þeirra og, í samræmi við það, notkunaraðferð, eru nokkrar gerðir af hnútfrumum aðgreindar, þar á meðal eru:
- penetrants - þræðir með oddhvassum endum sem stinga í líkama fórnarlambsins eða brotamanns eins og spjót, sprauta taugaeitur;
- glutinants - klístur og langir þræðir sem umlykja fórnarlambið (ekki skemmtilegasta faðmlagið);
- volvents eru stuttir þræðir sem fórnarlambið getur auðveldlega flækst í.
Slík óstöðluð vopn skýrast af þeirri staðreynd að marglyttur, þó þær séu tignarlegar, eru ekki sérstaklega liprar verur. Taugaeitrið sem berst inn í líkama bráðarinnar lamar hana samstundis, sem gefur marglyttum mikinn tíma fyrir hádegishlé.
Marglytta eftir vel heppnaða veiði.
Auk óvenjulegrar veiði- og varnaraðferðar hafa marglyttur mjög óvenjulega æxlun. Karldýr framleiða sæði og kvendýr framleiða egg, eftir samruna þeirra myndast planulae (lirfur) sem setjast á botninn. Eftir nokkurn tíma vex fjölpúður úr lirfunni, sem ungir marglyttur brotna bókstaflega af, þegar þeir verða þroskaðir (reyndar verða verðandi). Þannig eru nokkur stig lífsferilsins, eitt þeirra er marglytta eða medusoid kynslóð.
Loðinn blágrýti, einnig þekktur sem ljónamakkar.
Ef loðnu blágrýtið væri spurt hvernig hægt væri að auka hagkvæmni veiðanna myndi það svara - fleiri tentacles. Alls eru þeir um 60 talsins (þyrpingar með 15 tentacles á hverju horni hvelfingarinnar). Að auki er þessi tegund marglytta talin stærst, vegna þess að þvermál hvelfingarinnar getur náð 2 metrum og tentacles geta teygt sig allt að 20 metra meðan á veiðum stendur. Sem betur fer er þessi tegund ekki sérstaklega „eitruð“ og því ekki banvæn fyrir menn.
Sjógeitungurinn myndi aftur á móti bæta gæðum við magn. Þessi tegund marglytta hefur einnig 15 tentacles (3 m að lengd) á hverju af fjórum hornum hvelfingarinnar, en eitur þeirra er margfalt sterkara en stóra ættingja hennar. Talið er að sjógeitungurinn hafi nóg taugaeitur til að drepa 60 manns á 3 mínútum. Þessi þrumuveður hafsins lifir á strandsvæði norðurhluta Ástralíu og Nýja Sjálands. Samkvæmt gögnum frá 1884 til 1996 dóu 63 manns í Ástralíu, en þessi gögn gætu verið ónákvæm og fjöldi banvænna funda manna og sjávargeitunga gæti verið mun meiri. Hins vegar, samkvæmt gögnum fyrir 1991-2004, af 225 tilfellum voru aðeins 8% fórnarlamba lögð inn á sjúkrahús, þar á meðal eitt dauðsfall (þriggja ára barn).
Sjávarpípa
Nú skulum við snúa okkur aftur að rannsókninni sem við erum að skoða í dag.
Frá sjónarhóli frumna er mikilvægasta ferlið í öllu lífi hverrar lífveru frumufjölgun - ferlið við vöxt líkamsvefja með frumufjölgun með skiptingu. Meðan á vexti líkamans stendur stjórnar þetta ferli aukningu á líkamsstærð. Og þegar líkaminn er fullmótaður stýra fjölgunarfrumurnar lífeðlisfræðileg skipti á frumum og skipta skemmdum út fyrir nýjar.
Cnidarians, sem systurhópur tvíhliða og snemma metazóa, hafa verið notaðir til að rannsaka þróunarferla í mörg ár. Þess vegna eru cnidarians engin undantekning hvað varðar útbreiðslu. Til dæmis, meðan á fósturþroska sjóanemóna stendur Nematostella ectensis frumufjölgun er samræmd þekjuskipulagi og tekur þátt í þekjuþroska.
Nematostella ectensis
Meðal annars eru cnidarians, eins og við vitum nú þegar, þekktir fyrir endurnýjunarhæfileika sína. Hydra separ (ættkvísl ferskvatns seppandi efnasambönd úr vatnsvefsflokknum) hafa verið talin vinsælust meðal vísindamanna í hundruðir ára. Fjölgun, virkjuð af deyjandi frumum, hrindir af stað endurnýjunarferli grunnhöfuðs hydra. Nafnið á þessari veru vísar til goðsagnakennda veru sem er þekkt fyrir endurnýjun sína - Lernaean Hydra, sem Herkúles tókst að sigra.
Þrátt fyrir að endurnýjunarhæfileikar hafi verið tengdir við fjölgun, er enn óljóst nákvæmlega hvernig þetta frumuferli á sér stað við eðlilegar aðstæður á mismunandi stigum lífveruþróunar.
Marglyttur, sem hafa flókinn lífsferil sem samanstendur af tveimur stigum æxlunar (gróðurleg og kynferðisleg), þjóna sem frábær fyrirmynd til að rannsaka fjölgun.
Í þessu verki gegndi marglyttur af tegundinni Cladonema pacificum hlutverk aðal rannsakaða einstaklingsins. Þessi tegund lifir við strendur Japans. Upphaflega hefur þessi marglytta 9 helstu tentacles, sem byrja að greinast og stækka (eins og allur líkaminn) meðan á þroska að fullorðnum stendur. Þessi eiginleiki gerir okkur kleift að rannsaka ítarlega allar aðferðir sem taka þátt í þessu ferli.
Til viðbótar við Cladonema pacificum Rannsóknin skoðaði einnig aðrar tegundir marglytta: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.
Niðurstöður rannsókna
Til að skilja staðbundið mynstur frumufjölgunar í Cladonema medusa notuðu vísindamennirnir 5-etynýl-2'-deoxýúridín (EdU) litun, sem merkir frumur í S-fasi* eða frumur sem hafa þegar farið framhjá því.
S-fasi* - fasi frumuhringsins þar sem DNA eftirmyndun á sér stað.
Miðað við það Cladonema stækkar verulega að stærð og sýnir tentacle greiningu meðan á þróun stendur (1A-1C), getur dreifing frumna breyst í gegnum þroska.
Mynd nr. 1: eiginleikar frumufjölgunar í ungum Cladonema.
Vegna þessa eiginleika var hægt að rannsaka aðferð frumufjölgunar í bæði ungum (dagur 1) og kynþroska (dagur 45) marglytta.
Hjá ungum marglyttum fundust EdU-jákvæðar frumur í miklu magni um allan líkamann, þar á meðal regnhlíf, manubrium (stuðningslíffæri munnhols hjá marglyttum) og tentacles, óháð tímapunkti EdU útsetningar (1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 µM (míkrómolar) eftir 24 klukkustundir).
Allmargar EdU-jákvæðar frumur fundust í manubrium (1F и 1G), en í regnhlífinni var dreifing þeirra mjög jöfn, sérstaklega í ytri skel regnhlífarinnar (fyrirmynd, 1H-1K). Í tentacles voru EdU-jákvæðar frumur mjög þyrpaðar (1N). Notkun mítósumerkis (PH3 mótefnis) gerði það mögulegt að sannreyna að EdU-jákvæðar frumur séu frumur í fjölgun. PH3-jákvæðar frumur fundust bæði í regnhlífinni og tentacle perunni (1L и 1P).
Í tentacles fundust mítótískar frumur aðallega í ectoderminu (1P), en í regnhlífinni voru fjölgunarfrumurnar staðsettar í yfirborðslaginu (1M).
Mynd nr. 2: eiginleikar frumufjölgunar í þroskaðri Cladonema.
Bæði hjá ungum og fullorðnum einstaklingum fundust EdU-jákvæðar frumur í miklu magni um allan líkamann. Í skýlinum fundust EdU-jákvæðar frumur oftar í yfirborðslaginu en í neðra lagi, sem er svipað og athuganir í seiðum (2A-2D).
En í tentacles var staðan nokkuð önnur. EdU-jákvæðar frumur söfnuðust saman við botn tentacles (perunnar), þar sem tveir klasar fundust sitt hvoru megin við peruna (2E и 2F). Hjá ungum einstaklingum kom einnig fram svipaðar uppsöfnun (1N), þ.e. tentacle perurnar geta verið aðal útbreiðslusvæðið um meðusoid stigið. Það er forvitnilegt að í framleiðslu fullorðinna einstaklinga var fjöldi EdU-jákvæðra frumna marktækt meiri en hjá ungum (2G и 2H).
Meðalniðurstaðan er sú að frumufjölgun getur átt sér stað jafnt í regnhlíf marglyttu, en í tentacles er þetta ferli mjög staðbundið. Því má gera ráð fyrir að samræmd frumufjölgun geti stjórnað líkamsvexti og vefjajafnvægi, en þyrpingar af frumufjölgun nálægt tentacle perum taka þátt í tentacle morphogenesis.
Hvað varðar líkamsþroska sjálfan, gegnir fjölgun mikilvægu hlutverki í líkamsvexti.
Mynd #3: Mikilvægi fjölgunar í ferli líkamsvaxtar marglyttu.
Til að prófa þetta í reynd fylgdust vísindamenn með líkamsvexti marglyttu, byrjað á ungum einstaklingum. Auðveldast er að ákvarða stærð líkama marglyttu eftir hvelfingunni þar sem hann vex jafnt og í réttu hlutfalli við allan líkamann.
Með eðlilegri fóðrun við rannsóknarstofuaðstæður eykst hvelfingin verulega um 54.8% á fyrsta sólarhringnum - úr 24 ± 0.62 mm0.02 í 2 ± 0.96 mm0.02. Næstu 2 daga athugana jókst stærðin hægt og rólega í 5 ± 0.98 mm0.03 (3A-3S).
Marglyttur úr öðrum hópi, sem voru skortir fæðu, stækkuðu ekki heldur stækkuðu (rauð lína á línuritinu 3S). Frumugreining á sveltandi marglyttum sýndi tilvist mjög fárra EdU frumna: 1240.6 ± 214.3 í marglyttum úr samanburðarhópnum og 433.6 ± 133 í sveltandi (3D-3H). Þessi athugun getur verið bein sönnun þess að næring hafi bein áhrif á útbreiðsluferlið.
Til að prófa þessa tilgátu gerðu vísindamennirnir lyfjafræðilega prófun þar sem þeir hindra framgang frumuhringsins með því að nota hýdroxýúrea (CH4N2O2), frumuhringshemla sem veldur G1 stöðvun. Sem afleiðing af þessu inngripi hurfu S-fasa frumurnar sem áður voru greindar með EdU (3I-3L). Marglyttur sem urðu fyrir CH4N2O2 sýndu því ekki líkamsvöxt, ólíkt samanburðarhópnum (3M).
Næsti áfangi rannsóknarinnar var ítarleg rannsókn á greinóttum tjaldvöðvum marglyttu til að staðfesta þá forsendu að staðbundin fjölgun frumna í tjaldhimnunum stuðli að formgerð þeirra.
Mynd nr. 4: áhrif staðbundinnar fjölgunar á vöxt og greiningu marglytta tentakla.
Tentaklar ungra marglyttu hafa eina grein, en með tímanum eykst fjöldi þeirra. Við rannsóknarstofuaðstæður jókst greiningar þrisvar sinnum á níunda athugunardegi (4A и 4S).
Aftur, þegar CH4N2O2 var notað, sást ekki greiningar á tentacles, heldur aðeins ein grein (4B и 4C). Það er forvitnilegt að fjarlægja CH4N2O2 úr líkama marglyttu endurheimti ferlið við greiningu á tentacles, sem gefur til kynna afturkræfni lyfjainngripsins. Þessar athuganir gefa greinilega til kynna mikilvægi útbreiðslu fyrir tentacle þróun.
Cnidarians væru ekki cnidarians án nematocytes (cnidarians, þ.e. cnidarians). Hjá marglyttutegundinni Clytia hemisphaerica sjá stofnfrumur í tentacle perunum þráðormblöðrum til endanna á tentacles einmitt vegna frumufjölgunar. Auðvitað ákváðu vísindamenn að prófa þessa fullyrðingu líka.
Til að greina hvers kyns tengsl milli þráðormablöðru og fjölgunar var notað kjarnalitunarlitarefni sem getur merkt pólý-γ-glútamat myndað í þráðormablöðruveggnum (DAPI, þ.e. 4',6-diamidino-2-fenýlindól).
Pólý-γ-glútamat litun gerði okkur kleift að áætla stærð þráðfrumna, á bilinu 2 til 110 μm2 (4D-4G). Nokkrar tómar þráðorkublöðrur fundust einnig, það er að segja að slíkar þráðormfrumur voru tæmdar (4D-4G).
Fjölgunarvirkni í marglyttum var prófuð með því að rannsaka tómarúm í þráðfrumum eftir frumuhringsblokkun með CH4N2O2. Hlutfall tómra þráðorma í marglyttum eftir lyfjainngrip var hærra en í samanburðarhópnum: 11.4% ± 2.0% í marglyttum úr samanburðarhópnum og 19.7% ± 2.0% í marglyttum með CH4N2O2 (4D-4G и 4H). Þar af leiðandi, jafnvel eftir þreytu, halda þráðfrumum áfram að vera virkir með útbreiðslu frumfrumna, sem staðfestir áhrif þessa ferlis, ekki aðeins á þróun þráðorma, heldur einnig á þráðorma í þeim.
Áhugaverðasta stigið var rannsóknin á endurnýjunarhæfileikum marglyttu. Miðað við háan styrk fjölgunarfrumna í tentacle peru þroskaðra marglytta Cladonema, ákváðu vísindamenn að rannsaka endurnýjun tentacles.
Mynd nr. 5: áhrif útbreiðslu á endurnýjun tentacles.
Eftir krufningu á tentacles við grunninn sást endurnýjunarferli (5A-5D). Fyrsta sólarhringinn grói á skurðsvæðinu (5B). Á öðrum degi athugunar fór oddurinn að lengjast og greinar birtust (5S). Á fimmta degi var tjaldið alveg greinótt (5D), því getur endurnýjun tentacle fylgt eðlilegri tentacle formgerð eftir lengingu.
Til að rannsaka betur upphafsstig endurnýjunar greindu vísindamennirnir dreifingu fjölgunarfrumna með því að nota PH3 litun til að sjá mítótískar frumur.
Þó að oft sáust skiptandi frumur nálægt aflimaða svæðinu, voru mítótískar frumur dreifðar í óskornar stjórntentacled perur (5E и 5F).
Magngreining á PH3-jákvæðum frumum sem eru til staðar í tentacle perum leiddi í ljós marktæka aukningu á PH3-jákvæðum frumum í tentacle perum aflimaðra samanborið við viðmiðunarhópa (5G). Niðurstaðan er sú að fyrstu endurnýjunarferlunum fylgja virk aukning á frumufjölgun í tentacle perunum.
Áhrif fjölgunar á endurnýjun voru prófuð með því að blokka frumur með CH4N2O2 eftir að hafa skorið af tentacle. Í samanburðarhópnum átti tjaldlenging eftir aflimun sér stað eðlilega eins og búist var við. En í hópnum sem CH4N2O2 var borið á kom framlenging ekki fram, þrátt fyrir eðlilega sáragræðslu (5H). Með öðrum orðum, lækning mun eiga sér stað í öllum tilvikum, en fjölgun er nauðsynleg fyrir rétta endurnýjun tentacle.
Að lokum ákváðu vísindamenn að rannsaka útbreiðslu í öðrum tegundum marglytta, þ.e Cytaeis и Rathkea.
Mynd #6: Samanburður á útbreiðslu í Cytaeis (vinstri) og Rathkea (hægri) marglyttum.
У Cytaeis medusa EdU jákvæðar frumur sáust í manubrium, tentacle perum og efri hluta regnhlífarinnar (6A и 6V). Staðsetning auðkenndra PH3-jákvæðra frumna í Cytaeis mjög svipað Cladonemaen það er þó nokkur munur (6C и 6D). En kl Rathkea EdU-jákvæðar og PH3-jákvæðar frumur fundust nær eingöngu á svæðinu við manubrium og tentacle perur (6E-6H).
Það er líka athyglisvert að fjölgunarfrumur greindust oft í nýrum marglyttu Rathkea (6E-6G), sem endurspeglar kynlausa tegund æxlunar þessarar tegundar.
Að teknu tilliti til þeirra upplýsinga sem fengust má gera ráð fyrir að frumufjölgun eigi sér stað í tentacle perunum ekki aðeins í einni marglyttutegund, þó munur sé á því vegna mismunandi lífeðlisfræði og formgerðar.
Fyrir ítarlegri kynningu á blæbrigðum rannsóknarinnar mæli ég með að skoða .
Eftirmáli
Ein af uppáhalds bókmenntapersónunum mínum er Hercule Poirot. Hinn snjalli rannsóknarlögreglumaður lagði alltaf sérstaka áherslu á smáatriði sem öðrum þótti ekki skipta máli. Vísindamenn eru mjög eins og rannsóknarlögreglumenn, safna öllum sönnunargögnum sem þeir geta fundið til að svara öllum spurningum rannsóknarinnar og finna út „sökudólginn“.
Sama hversu augljóst það kann að hljóma, endurnýjun marglyttafrumna er í beinu samhengi við útbreiðslu - óaðskiljanlegt ferli í þróun frumna, vefja og þar af leiðandi lífverunnar allrar. Ítarlegri rannsókn á þessu yfirgripsmikla ferli mun gera okkur kleift að skilja betur sameindakerfin sem liggja að baki því, sem mun aftur á móti auka ekki aðeins þekkingu okkar heldur hafa bein áhrif á líf okkar.
Föstudagur off-top:
Mars marglytta af Aurelia tegundinni, truflað af rándýri með hinu óvenjulega nafni „steikt eggja marglytta“, þ.e. steikt eggja marglytta (Planet Earth, raddsetning eftir David Attenborough).
Þetta er ekki marglytta, en þessi djúpsjávarvera (stórkjafturinn sem líkist pelíkan) er ekki oft tekin af myndum (viðbrögð vísindamanna eru einfaldlega snertandi).
Takk fyrir að horfa, vertu forvitin og eigið frábæra helgi allir! 🙂
Þakka þér fyrir að vera hjá okkur. Líkar þér við greinarnar okkar? Viltu sjá meira áhugavert efni? Styðjið okkur með því að leggja inn pöntun eða mæla með því við vini, 30% afsláttur fyrir Habr notendur á einstökum hliðstæðum upphafsþjónum, sem var fundið upp af okkur fyrir þig: (fáanlegt með RAID1 og RAID10, allt að 24 kjarna og allt að 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 sinnum ódýrari? Aðeins hér í Hollandi! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - frá $99! Lestu um
Heimild: www.habr.com