Wolverine, Deadpool және Meduza арасында қандай ортақ нәрсе бар? Олардың барлығының таңғажайып қасиеті бар - регенерация. Әрине, комикстерде және фильмдерде нақты тірі ағзалардың өте шектеулі санына тән бұл қабілет аздап (кейде өте жоғары) әсіреленген, бірақ ол өте шынайы болып қала береді. Тохоку университетінің (Жапония) ғалымдары жаңа зерттеулерінде не істеуге шешім қабылдады, нақты нені түсіндіруге болады. Медузаның ағзасындағы қандай жасушалық процестер регенерациямен байланысты, бұл процесс қалай жүреді және бұл желе тәрізді тіршілік иелерінің тағы қандай күшті күштері бар? Бұл туралы зерттеу тобының есебінде айтылады. Бар.
Зерттеу негізі
Ең алдымен, ғалымдар неге медузаға назар аударуды шешкенін түсіндіреді. Өйткені, биология саласындағы зерттеулердің көпшілігі модельдік деп аталатын организмдердің қатысуымен жүзеге асырылады: тышқандар, жеміс шыбындары, құрттар, балықтар және т.б. Бірақ біздің планетада миллиондаған түрлер бар, олардың әрқайсысы бір немесе басқа ерекше қабілетке ие. Демек, тек бір түрді зерттеу арқылы жасушаның жаңару процесін толық бағалау мүмкін емес және зерттелетін механизм жер бетіндегі барлық тіршілік иелеріне ортақ болады деп болжауға болады.
Медузаларға келетін болсақ, бұл тіршілік иелері өздерінің сыртқы келбеті бойынша ғалымдардың назарын аудармайтын ерекшелік туралы айтады. Сондықтан зерттеудің өзін бөлшектеуді бастамас бұрын мен оның басты кейіпкерімен таныстым.
Біз жаратылысты осылай атайтын «медуза» сөзі шын мәнінде тек книдарлық кіші түрдің өмірлік циклінің кезеңіне қатысты. Медузозоа. Книдарлар мұндай ерекше атауды олардың денелерінде аң аулау және өзін-өзі қорғау үшін қолданылатын шаншу жасушаларының (циндоциттер) болуына байланысты алды. Қарапайым сөзбен айтқанда, медузаны шаққанда, сіз бұл жасушаларға ауырсыну мен азап үшін алғыс айта аласыз.
Цнидоциттер құрамында «шашу» әсеріне жауап беретін жасушаішілік органоид - цнидоцисттер бар. Сыртқы түрі және сәйкесінше қолдану әдісі бойынша цнидоциттердің бірнеше түрі бөлінеді, олардың арасында:
- еніп кететіндер - жәбірленушінің немесе қылмыскердің денесін найза тәрізді тесіп өтетін, нейротоксинді енгізетін ұштары үшкір жіптер;
- глютинанттар - жәбірленушіні жабатын жабысқақ және ұзын жіптер (ең жағымды құшақ емес);
- волвенттер - жәбірленуші оңай шатасып қалуы мүмкін қысқа жіптер.
Мұндай стандартты емес қарулар медузаның әдемі болғанымен, әсіресе епті тіршілік иелері емес екендігімен түсіндіріледі. Жыртқыштың денесіне енетін нейротоксин оны бірден сал етеді, бұл медузаға түскі үзіліске көп уақыт береді.
Сәтті аңшылықтан кейін медузалар.
Аң аулаудың және қорғаныстың ерекше әдісінен басқа, медузалар өте ерекше көбеюге ие. Еркектер сперматозоидтарды, ал аналықтар жұмыртқа шығарады, олардың бірігуінен кейін түбіне орналасатын планулалар (дернәсілдер) пайда болады. Біраз уақыттан кейін личинкадан полип өседі, олардан пісіп-жетілген кезде жас медузалар үзіліп кетеді (шын мәнінде бүршік пайда болады). Осылайша, өмірлік циклдің бірнеше кезеңдері бар, олардың бірі медуза немесе медусоид ұрпақтары болып табылады.
Түкті циания, сонымен қатар арыстан жалы ретінде белгілі.
Егер түкті цианиядан аң аулаудың тиімділігін қалай арттыруға болатынын сұраса, ол жауап берер еді - көбірек шатырлар. Олардың барлығы 60-қа жуық (күмбездің әр бұрышында 15 шатырдан тұратын шоғырлар) бар. Сонымен қатар, медузаның бұл түрі ең үлкен болып саналады, өйткені күмбездің диаметрі 2 метрге жетуі мүмкін, ал аң аулау кезінде шатырлар 20 метрге дейін созылуы мүмкін. Бақытымызға орай, бұл түр әсіресе «улы» емес, сондықтан адамдар үшін өлімге әкелмейді.
Теңіз арасы, өз кезегінде, санға сапаны қосады. Медузаның бұл түрінде де күмбездің төрт бұрышының әрқайсысында 15 шатыр (ұзындығы 3 м) бар, бірақ олардың уы өзінің үлкен туысынан бірнеше есе күшті. Теңіз араларында 60 минутта 3 адамды өлтіруге жеткілікті нейротоксин бар деп есептеледі. Теңіздердің бұл найзағайы Солтүстік Австралия мен Жаңа Зеландияның жағалау аймағында тұрады. 1884 жылдан 1996 жылға дейінгі деректерге сәйкес, Австралияда 63 адам қайтыс болды, бірақ бұл деректер дұрыс емес болуы мүмкін және адамдар мен теңіз аралары арасындағы өлімге әкелетін кездесулердің саны әлдеқайда көп болуы мүмкін. Алайда, 1991-2004 жылдардағы деректерге сәйкес, 225 жағдайдың ішінде зардап шеккендердің тек 8% ғана ауруханаға жатқызылды, оның ішінде біреуі қайтыс болды (үш жасар бала).
Теңіз балдыры
Енді біз бүгін қарастыратын зерттеуге оралайық.
Жасушалар тұрғысынан кез келген ағзаның бүкіл өміріндегі ең маңызды процесс жасушаның көбеюі – жасушаның бөліну арқылы көбеюі арқылы дене ұлпаларының өсу процесі. Дененің өсуі кезінде бұл процесс дене мөлшерінің ұлғаюын реттейді. Ал организм толық қалыптасқан кезде көбейетін жасушалар жасушалардың физиологиялық алмасуын және зақымдалғандардың жаңаларымен алмасуын реттейді.
Книдарлар екі жақтылар мен ерте метазоандардың бауырлас тобы ретінде көптеген жылдар бойы эволюциялық процестерді зерттеу үшін пайдаланылды. Сондықтан, книдарлар таралу тұрғысынан ерекшелік емес. Мысалы, теңіз анемонының эмбриональды дамуы кезінде Nematostella vectensis жасуша пролиферациясы эпителий ұйымымен үйлестіріледі және шандырдың дамуына қатысады.
Nematostella vectensis
Басқа нәрселермен қатар, книдарлар, біз білетіндей, олардың қалпына келтіру қабілеттерімен танымал. Гидра полиптері (гидроид класындағы тұщы судың сессильді целентераттарының бір түрі) жүздеген жылдар бойы зерттеушілер арасында ең танымал болып саналды. Өліп жатқан жасушалар арқылы белсендірілген пролиферация гидраның базальды басының регенерация процесін тудырады. Бұл тіршілік иесінің атының өзі өзінің регенерациясымен танымал мифтік тіршілік иесін - Геркулес жеңе алған Лерней Гидрасын меңзейді.
Регенеративті қабілеттер пролиферациямен байланысты болғанымен, бұл жасушалық процестің организм дамуының әртүрлі кезеңдерінде қалыпты жағдайда қалай жүретіні анық емес.
Көбеюдің екі кезеңінен (вегетативті және жыныстық) тұратын күрделі өмірлік циклі бар медузалар пролиферацияны зерттеудің тамаша үлгісі болып табылады.
Бұл жұмыста негізгі зерттелген особь рөлін Cladonema pacificum түрінің медузасы атқарды. Бұл түр Жапония жағалауында тұрады. Бастапқыда бұл медузаның 9 негізгі шатыры бар, олар ересек адамға дейін даму кезінде бұтақтанып, көлемі ұлғая бастайды (бүкіл дене сияқты). Бұл мүмкіндік бізге осы процеске қатысатын барлық механизмдерді егжей-тегжейлі зерттеуге мүмкіндік береді.
Қосымша ретінде Кладонема тыныштық Зерттеу медузаның басқа түрлерін де қарастырды: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.
Зерттеу нәтижелері
Cladonema medusa жасушаларының пролиферациясының кеңістіктік үлгісін түсіну үшін ғалымдар 5-этинил-2'-дезоксиуридин (EdU) бояуын қолданды, ол жасушаларды белгілейді. S-фаза* немесе одан әлдеқашан өткен ұяшықтар.
S-фаза* - ДНҚ репликациясы жүретін жасушалық циклдің фазасы.
Бұл ескере отырып Кладонема мөлшері күрт ұлғаяды және даму кезінде шандырдың тармақталуын көрсетеді (1A-1C), пролиферацияланатын жасушалардың таралуы жетілу кезінде өзгеруі мүмкін.
No1 сурет: жас Кладонеманың жасушалық пролиферациясының ерекшеліктері.
Осы ерекшелігіне байланысты жас (1-ші күн) және жыныстық жетілген (45-ші күн) медузалардағы жасушалардың көбею механизмін зерттеу мүмкін болды.
Кәмелетке толмаған медузада EdU-оң жасушалар бүкіл денеде, соның ішінде қолшатыр, манубриум (медузалардағы ауыз қуысының тірек органы) және EU әсер ету уақытына қарамастан, шатырларда көп мөлшерде табылды (1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 мкм (микромолярлық) 24 сағаттан кейін).
Манубриумда бірнеше EU-оң жасушалар табылды (1F и 1G), бірақ қолшатырда олардың таралуы өте біркелкі болды, әсіресе қолшатырдың сыртқы қабығында (қолшатыр, 1H-1K). Шатырларда EdU-оң жасушалар жоғары кластерленген (1N). Митоздық маркерді (PH3 антиденелерін) пайдалану EdU-оң жасушалардың көбейетін жасушалар екенін тексеруге мүмкіндік берді. РН3-оң жасушалар қолшатырда да, шатыр шамында да табылды (1L и 1P).
Шатырларда митоздық жасушалар негізінен эктодермада табылған (1P), қолшатырда көбейетін жасушалар беткі қабатта орналасқан (1M).
No 2 сурет: жетілген Кладонемада жасуша пролиферациясының ерекшеліктері.
Жас және жетілген адамдарда EdU-позитивті жасушалар бүкіл денеде көп мөлшерде табылды. Қолшатырда EdU-позитивті жасушалар төменгі қабатқа қарағанда беткі қабатта жиі кездеседі, бұл кәмелетке толмағандардағы бақылауларға ұқсас (2A-2D).
Бірақ шатырларда жағдай басқаша болды. EU-позитивті жасушалар шатырдың (шамшаның) түбінде жинақталған, онда шамның екі жағында екі шоғыр табылған (2E и 2F). Жас адамдарда да осындай жинақтаулар байқалды (1N), яғни. шандыр шамдары медусоидтық кезеңде таралудың негізгі аймағы болуы мүмкін. Бір қызығы, ересек адамдардың манубриумында EdU-позитивті жасушалардың саны жасөспірімдерге қарағанда айтарлықтай көп болды (2G и 2H).
Аралық нәтиже - жасуша пролиферациясы медузаның қолшатырында біркелкі болуы мүмкін, бірақ шатырларда бұл процесс өте локализацияланған. Сондықтан, біркелкі жасушалардың көбеюі дененің өсуін және тіндердің гомеостазын бақылай алады деп болжауға болады, бірақ шандырлардың морфогенезіне шатыр шамдарының жанындағы көбейетін жасушалардың кластерлері қатысады.
Дене дамуының өзі тұрғысынан пролиферация дененің өсуінде маңызды рөл атқарады.
№3 сурет: медузаның денесінің өсу процесіндегі пролиферацияның маңызы.
Мұны тәжірибеде тексеру үшін ғалымдар жас адамдардан бастап медузаның денесінің өсуін бақылаған. Медузаның денесінің көлемін күмбезімен анықтау оңай, өйткені ол біркелкі және бүкіл денесіне тура пропорционалды өседі.
Зертханалық жағдайларда қалыпты азықтандыру кезінде күмбез мөлшері алғашқы 54.8 сағат ішінде 24% - 0.62 ± 0.02 мм2-ден 0.96 ± 0.02 мм2-ге дейін күрт артады. Келесі 5 күндік бақылауда өлшем 0.98 ± 0.03 мм2-ге дейін баяу және біркелкі өсті (3A-3С).
Тамақтан айырылған басқа топтағы медузалар өспей, кішірейіп (графиктегі қызыл сызық) 3С). Аш медузаның жасушалық талдауы өте аз EU жасушаларының бар екенін көрсетті: бақылау тобындағы медузада 1240.6 ± 214.3 және аштықта 433.6 ± 133 (3D-3H). Бұл бақылау тамақтану пролиферация процесіне тікелей әсер ететіндігінің тікелей дәлелі болуы мүмкін.
Бұл гипотезаны тексеру үшін ғалымдар фармакологиялық талдау жүргізді, онда олар жасуша циклінің ингибиторы гидроксимочевина (CH4N2O2) арқылы G1 тоқтатылуын тудыратын жасушалық циклдің прогрессиясын блоктады. Осы араласу нәтижесінде бұрын EdU көмегімен анықталған S-фазалық жасушалар жоғалып кетті (3I-3L). Осылайша, CH4N2O2 әсеріне ұшыраған медузалар бақылау тобына қарағанда денесінің өсуін көрсетпеді (3M).
Зерттеудің келесі кезеңі шатырлардағы жасушалардың жергілікті көбеюі олардың морфогенезіне ықпал етеді деген болжамды растау үшін медузаның тармақталған шатырларын егжей-тегжейлі зерттеу болды.
No 4 сурет: медузаның шатырларының өсуі мен тармақталуына жергілікті пролиферацияның әсері.
Жас медузаның шатырларында бір бұтақ бар, бірақ уақыт өте олардың саны көбейеді. Зертханалық жағдайда тармақталу бақылаудың тоғызыншы күні 3 есе өсті (4A и 4С).
Тағы да, CH4N2O2 қолданғанда, шатырлардың тармақталуы байқалмады, тек бір тармақ (4B и 4C). Бір қызығы, медузаның денесінен CH4N2O2 шығарылуы шандырлардың тармақталу процесін қалпына келтірді, бұл дәрілік араласудың қайтымдылығын көрсетеді. Бұл бақылаулар шандырдың дамуы үшін пролиферацияның маңыздылығын анық көрсетеді.
Книдарлар нематоциттерсіз книдарлар болмас еді (книдоциттер, яғни книдарлар). Clytia hemisphaerica медузаларындағы діңгек жасушалары нематоцисттерді шандырлардың ұштарына дәл жасушалардың көбеюіне байланысты қамтамасыз етеді. Әрине, ғалымдар бұл мәлімдемені де сынап көруді шешті.
Нематоцисталар мен пролиферация арасындағы кез келген байланысты анықтау үшін нематоцист қабырғасында синтезделген поли-γ-глутаматты (DAPI, яғни 4′,6-диамидино-2-фенилиндол) белгілей алатын ядролық бояу бояуы қолданылды.
Поли-γ-глутаматты бояу бізге нематоциттер мөлшерін 2-ден 110 мкм2-ге дейін бағалауға мүмкіндік берді (4D-4G). Бірқатар бос нематоциттер де анықталды, яғни мұндай нематоциттер таусылды (4D-4G).
Медузаның шандырларындағы пролиферация белсенділігі CH4N2O2 арқылы жасушалық циклді блоктағаннан кейін нематоциттердегі бос жерлерді зерттеу арқылы тексерілді. Дәрілік араласудан кейін медузалардағы бос нематоциттердің үлесі бақылау тобына қарағанда жоғары болды: бақылау тобындағы медузада 11.4% ± 2.0% және CH19.7N2.0O4 бар медузада 2% ± 2% (4D-4G и 4H). Демек, таусылғаннан кейін де нематоциттер пролиферация прогениторлық жасушаларымен белсенді түрде қамтамасыз етілуде, бұл бұл процестің тек қана шандырлардың дамуына ғана емес, сонымен бірге олардағы нематогенезге де әсерін растайды.
Ең қызықты кезең медузаның регенеративті қабілеттерін зерттеу болды. Жетілген медузаның шандыр шамындағы пролиферативті жасушалардың жоғары концентрациясын ескере отырып Кладонема, ғалымдар шатырлардың регенерациясын зерттеуге шешім қабылдады.
№5 сурет: пролиферацияның шандырдың регенерациясына әсері.
Негіздегі шатырларды кескеннен кейін регенерация процесі байқалды (5A-5D). Алғашқы 24 сағат ішінде кесілген аймақта жазылу пайда болды (5B). Бақылаудың екінші күні ұшы ұзарып, бұтақтар пайда болды (5С). Бесінші күні шатыр толығымен тармақталған (5D), демек, шандырдың регенерациясы ұзартылғаннан кейін қалыпты шатыр морфогенезінен кейін жүруі мүмкін.
Регенерацияның бастапқы кезеңін жақсырақ зерттеу үшін ғалымдар митоздық жасушаларды визуализациялау үшін PH3 бояуын қолдана отырып, пролиферацияланатын жасушалардың таралуын талдады.
Бөлінетін жасушалар ампутацияланған аймақтың жанында жиі байқалғанымен, митоздық жасушалар кесілмеген бақылау шамдары бар шамдарда шашыранды.5E и 5F).
Шатыр шамдарындағы PH3-оң жасушаларды сандық анықтау бақылаумен салыстырғанда ампутацияланғандардың шатыр шамдарындағы PH3-оң жасушалардың айтарлықтай артқанын анықтады (5G). Қорытынды ретінде, бастапқы қалпына келтіру процестері шандыр шамдарындағы жасуша пролиферациясының белсенді өсуімен бірге жүреді.
Пролиферацияның регенерацияға әсері шандырды кескеннен кейін CH4N2O2 бар жасушаларды блоктау арқылы тексерілді. Бақылау тобында ампутациядан кейінгі шандырдың ұзаруы күтілгендей қалыпты жағдайда болды. Бірақ CH4N2O2 қолданған топта жараның қалыпты жазылуына қарамастан ұзару байқалмады (5H). Басқаша айтқанда, сауығу кез келген жағдайда болады, бірақ тентакті дұрыс қалпына келтіру үшін пролиферация қажет.
Ақырында ғалымдар медузаның басқа түрлерінің көбеюін зерттеуге шешім қабылдады, атап айтқанда Cytaeis и Раткеа.
Сурет №6: Cytaeis (сол жақта) және Rathkea (оң жақта) медузалардағы пролиферацияны салыстыру.
У Cytaeis medusa EdU-оң жасушалар манубриумда, шандырлы пиязда және қолшатырдың жоғарғы бөлігінде байқалды (6A и 6B). Анықталған PH3-позитивті жасушалардың орналасуы Cytaeis өте ұқсас Кладонема, дегенмен кейбір айырмашылықтар бар (6C и 6D). Бірақ сағат Раткеа EdU-оң және PH3-оң жасушалар дерлік тек манубриум және шандыр шамдары аймағында табылды (6E-6H).
Бір қызығы, көбейетін жасушалар медузаның бүйректерінде жиі анықталған Раткеа (6E-6G), бұл түрдің жыныссыз көбею түрін көрсетеді.
Алынған ақпаратты ескере отырып, жасушалардың көбеюі физиологиялық және морфологиядағы айырмашылықтарға байланысты айырмашылықтар бар болса да, медузаның бір түрінде ғана емес, шатырлы шамдарда болады деп болжауға болады.
Зерттеудің нюанстарымен толығырақ танысу үшін мен қарауды ұсынамын .
Эпилогия
Менің сүйікті әдеби кейіпкерлерімнің бірі - Геркул Пуаро. Ақылды детектив әрқашан басқалар маңызды емес деп санайтын ұсақ-түйектерге ерекше назар аударды. Ғалымдар детективтерге ұқсайды, олар тергеудің барлық сұрақтарына жауап беру және «қылмыскерді» анықтау үшін таба алатын барлық дәлелдерді жинайды.
Қаншалықты анық көрінсе де, медузаның жасушаларының регенерациясы пролиферациямен тікелей байланысты - жасушалардың, тіндердің және соның салдарынан бүкіл ағзаның дамуындағы ажырамас процесс. Бұл жан-жақты процесті тереңірек зерттеу оның негізінде жатқан молекулалық механизмдерді жақсырақ түсінуге мүмкіндік береді, бұл өз кезегінде біздің біліміміздің ауқымын кеңейтіп қана қоймай, өмірімізге де тікелей әсер етеді.
Жұмадан тыс:
«Қуырылған жұмыртқа медузасы» ерекше атауы бар жыртқышпен мазалаған аурелия түрінің медузасы наурызы, т.б. қуырылған жұмыртқа медузасы (Жер планетасы, дауысты Дэвид Аттенборо).
Бұл медуза емес, бірақ бұл терең теңіз жаратылысы (пликан тәрізді ірі ауыз) жиі суретке түспейді (зерттеушілердің реакциясы жай ғана әсерлі).
Қарағаныңызға рахмет, қызықты болыңыз және баршаңызға демалыс күндеріңіз жақсы өтсін! 🙂
Бізбен бірге болғандарыңызға рахмет. Сізге біздің мақалалар ұнайды ма? Қызықты мазмұнды көргіңіз келе ме? Тапсырыс беру немесе достарыңызға ұсыну арқылы бізге қолдау көрсетіңіз, Habr пайдаланушылары үшін біз сіз үшін ойлап тапқан бастапқы деңгейдегі серверлердің бірегей аналогына 30% жеңілдік: (RAID1 және RAID10, 24 ядроға дейін және 40 ГБ DDR4 дейін қол жетімді).
Dell R730xd 2 есе арзан ба? Тек осында Нидерландыда! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 ГГц 6C 128 ГБ DDR3 2x960 ГБ SSD 1 Гбит/с 100 ТБ - 99 доллардан бастап! туралы оқыңыз
Ақпарат көзі: www.habr.com