Apakah persamaan Wolverine, Deadpool dan Jellyfish? Kesemua mereka mempunyai ciri yang menakjubkan - penjanaan semula. Sudah tentu, dalam komik dan filem, keupayaan ini, biasa di kalangan bilangan organisma hidup sebenar yang sangat terhad, sedikit (dan kadang-kadang sangat) dibesar-besarkan, tetapi ia kekal sangat nyata. Dan apa yang sebenar boleh dijelaskan, iaitu apa yang diputuskan oleh saintis dari Universiti Tohoku (Jepun) dalam kajian baharu mereka. Apakah proses selular dalam badan obor-obor yang dikaitkan dengan penjanaan semula, bagaimana proses ini berjalan, dan apakah kuasa besar lain yang dimiliki oleh makhluk seperti jeli ini? Laporan kumpulan penyelidik akan memberitahu kami tentang perkara ini. Pergi.
Asas penyelidikan
Pertama sekali, saintis menjelaskan mengapa mereka memutuskan untuk menumpukan perhatian mereka pada obor-obor. Hakikatnya ialah kebanyakan penyelidikan dalam bidang biologi dijalankan dengan penyertaan organisma model yang dipanggil: tikus, lalat buah, cacing, ikan, dll. Tetapi planet kita adalah rumah kepada berjuta-juta spesies, masing-masing mempunyai satu atau satu lagi keupayaan unik. Akibatnya, adalah mustahil untuk menilai sepenuhnya proses penjanaan semula selular dengan mengkaji hanya satu spesies, dan menganggap bahawa mekanisme yang dikaji akan menjadi perkara biasa kepada semua makhluk di Bumi.
Bagi obor-obor, makhluk ini, dengan penampilannya, bercakap tentang keunikan mereka, yang tidak dapat tidak menarik perhatian saintis. Oleh itu, sebelum memulakan pembedahan penyelidikan itu sendiri, saya bertemu dengan watak utamanya.
Perkataan "ubur-ubur," yang biasa kita panggil makhluk itu, sebenarnya hanya merujuk kepada peringkat kitaran hidup subjenis cnidaria. medusozoa. Cnidarians menerima nama yang luar biasa kerana kehadiran sel menyengat (cnidocytes) dalam badan mereka, yang digunakan untuk memburu dan mempertahankan diri. Ringkasnya, apabila anda disengat obor-obor, anda boleh berterima kasih kepada sel-sel ini untuk kesakitan dan penderitaan.
Cnidocytes mengandungi cnidocysts, organel intraselular yang bertanggungjawab untuk kesan "menyengat". Mengikut penampilan mereka dan, dengan itu, kaedah permohonan, beberapa jenis cnidocytes dibezakan, antaranya ialah:
- penetrants - benang dengan hujung runcing yang menembusi badan mangsa atau pesalah seperti lembing, menyuntik neurotoksin;
- pulut - benang melekit dan panjang yang menyelubungi mangsa (bukan pelukan yang paling menyenangkan);
- volents ialah benang pendek di mana mangsa mudah terjerat.
Senjata bukan standard sedemikian dijelaskan oleh fakta bahawa obor-obor, walaupun anggun, bukanlah makhluk yang sangat lincah. Neurotoksin yang memasuki badan mangsa melumpuhkannya serta-merta, yang memberi obor-obor banyak masa untuk berehat makan tengah hari.
Obor-obor selepas berjaya memburu.
Sebagai tambahan kepada kaedah memburu dan pertahanan mereka yang luar biasa, obor-obor mempunyai pembiakan yang sangat luar biasa. Lelaki menghasilkan sperma, dan betina menghasilkan telur, selepas percantuman planula (larva) terbentuk, menetap di bahagian bawah. Selepas beberapa ketika, polip tumbuh dari larva, dari mana, apabila mencapai kematangan, obor-obor muda benar-benar putus (sebenarnya, tunas berlaku). Oleh itu, terdapat beberapa peringkat kitaran hidup, salah satunya ialah generasi obor-obor atau medusoid.
Cyanea berbulu, juga dikenali sebagai surai singa.
Jika cyanea berbulu ditanya bagaimana untuk meningkatkan kecekapan memburu, ia akan menjawab - lebih sesungut. Terdapat kira-kira 60 daripadanya secara keseluruhan (kelompok 15 sesungut di setiap sudut kubah). Di samping itu, obor-obor jenis ini dianggap terbesar, kerana diameter kubah boleh mencapai 2 meter, dan sesungut boleh meregang sehingga 20 meter semasa memburu. Nasib baik, spesies ini tidak terlalu "toksik" dan oleh itu tidak membawa maut kepada manusia.
Tebuan laut pula akan menambah kualiti kepada kuantiti. Obor-obor jenis ini juga mempunyai 15 sesungut (3 m panjang) pada setiap empat sudut kubah, tetapi racunnya berkali-kali lebih kuat daripada kerabatnya yang besar. Tebuan laut dipercayai mempunyai neurotoksin yang mencukupi untuk membunuh 60 orang dalam masa 3 minit. Ribut petir laut ini tinggal di zon pantai utara Australia dan New Zealand. Menurut data dari 1884 hingga 1996, 63 orang mati di Australia, tetapi data ini mungkin tidak tepat, dan bilangan pertemuan maut antara manusia dan tawon laut mungkin lebih tinggi. Walau bagaimanapun, menurut data untuk 1991-2004, antara 225 kes, hanya 8% daripada mangsa dimasukkan ke hospital, termasuk satu kematian (kanak-kanak berusia tiga tahun).
Tawon laut
Sekarang mari kita kembali kepada kajian yang kita lihat hari ini.
Dari sudut pandangan sel, proses yang paling penting dalam keseluruhan kehidupan mana-mana organisma ialah percambahan sel - proses pertumbuhan tisu badan melalui pembiakan sel melalui pembahagian. Semasa pertumbuhan badan, proses ini mengawal pertambahan saiz badan. Dan apabila badan terbentuk sepenuhnya, sel yang membiak mengawal pertukaran fisiologi sel dan menggantikan yang rosak dengan yang baru.
Cnidarians, sebagai kumpulan saudara bilateral dan metazoan awal, telah digunakan untuk mengkaji proses evolusi selama bertahun-tahun. Oleh itu, cnidarians tidak terkecuali dari segi percambahan. Sebagai contoh, semasa perkembangan embrio anemon laut Nematostella vectensis percambahan sel diselaraskan dengan organisasi epitelium dan terlibat dalam pembangunan tentakel.
Nematostella vectensis
Antara lain, cnidarians, seperti yang kita sedia maklum, terkenal dengan kebolehan regeneratif mereka. Polip hidra (genus air tawar sessile coelenterates dari kelas hidroid) telah dianggap paling popular di kalangan penyelidik selama beratus-ratus tahun. Proliferasi, diaktifkan oleh sel yang mati, mencetuskan proses penjanaan semula kepala basal hidra. Nama makhluk ini merujuk kepada makhluk mitos yang terkenal dengan penjanaan semula - Lernaean Hydra, yang mampu dikalahkan oleh Hercules.
Walaupun kebolehan regeneratif telah dikaitkan dengan percambahan, ia masih tidak jelas bagaimana proses selular ini berlaku dalam keadaan normal pada peringkat perkembangan organisma yang berbeza.
Obor-obor, yang mempunyai kitaran hidup yang kompleks yang terdiri daripada dua peringkat pembiakan (vegetatif dan seksual), berfungsi sebagai model yang sangat baik untuk mengkaji percambahan.
Dalam karya ini, peranan individu utama yang dikaji dimainkan oleh obor-obor spesies Cladonema pacificum. Spesies ini hidup di luar pantai Jepun. Pada mulanya, obor-obor ini mempunyai 9 sesungut utama, yang mula bercabang dan membesar (seperti seluruh badan) semasa perkembangan menjadi dewasa. Ciri ini membolehkan kami mengkaji secara terperinci semua mekanisme yang terlibat dalam proses ini.
Selain daripada Cladonema pacificum Kajian itu juga melihat jenis obor-obor lain: Cytaeis uchidae ΠΈ Rathkea octopunctata.
Hasil penyelidikan
Untuk memahami corak spatial percambahan sel dalam Cladonema medusa, saintis menggunakan pewarnaan 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU), yang melabelkan sel dalam fasa S* atau sel yang telah melepasinya.
fasa S* - fasa kitaran sel di mana replikasi DNA berlaku.
Memandangkan itu Cladonema meningkat secara mendadak dalam saiz dan mempamerkan percabangan sesungut semasa pembangunan (1A-1C), taburan sel yang membiak mungkin berubah sepanjang pematangan.
Imej No. 1: ciri-ciri percambahan sel dalam Cladonema muda.
Disebabkan oleh ciri ini, adalah mungkin untuk mengkaji mekanisme percambahan sel pada obor-obor muda (hari 1) dan matang secara seksual (hari 45).
Dalam obor-obor juvana, sel-sel positif EdU didapati dalam jumlah yang tinggi di seluruh badan, termasuk umbel, manubrium (organ sokongan rongga mulut dalam obor-obor), dan sesungut, tanpa mengira masa pendedahan EdU (1D-1K ΠΈ 1N-1O, EdU: 20 Β΅M (mikromolar) selepas 24 jam).
Sebilangan besar sel EdU-positif ditemui dalam manubrium (1F ΠΈ 1G), tetapi dalam payung pengedaran mereka sangat seragam, terutamanya dalam kulit luar payung (exumbrella, 1H-1K). Dalam tentakel, sel-sel positif EdU sangat berkelompok (1N). Penggunaan penanda mitosis (antibodi PH3) membolehkan untuk mengesahkan bahawa sel positif EdU adalah sel yang membiak. Sel-sel positif PH3 ditemui dalam kedua-dua payung dan mentol tentakel (1L ΠΈ 1P).
Dalam sesungut, sel mitosis kebanyakannya ditemui dalam ektoderm (1P), manakala di dalam payung sel yang membiak terletak di lapisan permukaan (1M).
Imej No. 2: ciri-ciri percambahan sel dalam Cladonema matang.
Dalam kedua-dua individu muda dan matang, sel-sel positif EdU didapati dalam jumlah besar di seluruh badan. Dalam umbel, sel EdU-positif lebih kerap ditemui di lapisan cetek daripada di lapisan bawah, yang serupa dengan pemerhatian pada juvana (2A-2D).
Tetapi dalam tentakel keadaannya agak berbeza. Sel-sel EdU-positif terkumpul di pangkal sesungut (mentol), di mana dua kelompok ditemui pada kedua-dua belah mentol (2E ΠΈ 2F). Pada individu muda, pengumpulan yang sama juga diperhatikan (1N), iaitu mentol sesungut mungkin merupakan kawasan utama pembiakan sepanjang peringkat medusoid. Adalah aneh bahawa dalam manubrium individu dewasa bilangan sel EdU-positif adalah jauh lebih besar daripada pada juvana (2G ΠΈ 2H).
Hasil perantaraan ialah percambahan sel boleh berlaku secara seragam dalam payung obor-obor, tetapi dalam sesungut proses ini sangat setempat. Oleh itu, boleh diandaikan bahawa percambahan sel seragam boleh mengawal pertumbuhan badan dan homeostasis tisu, tetapi kelompok sel yang membiak berhampiran mentol tentakel terlibat dalam morfogenesis sesungut.
Dari segi perkembangan badan itu sendiri, percambahan memainkan peranan penting dalam pertumbuhan badan.
Imej #3: Kepentingan percambahan dalam proses pertumbuhan badan obor-obor.
Untuk menguji ini dalam amalan, saintis memantau pertumbuhan badan obor-obor, bermula dengan individu muda. Ia adalah paling mudah untuk menentukan saiz badan obor-obor dengan kubahnya, kerana ia tumbuh sekata dan berkadar terus dengan keseluruhan badan.
Dengan pemakanan biasa dalam keadaan makmal, saiz kubah meningkat secara mendadak sebanyak 54.8% dalam tempoh 24 jam pertama - daripada 0.62 Β± 0.02 mm2 kepada 0.96 Β± 0.02 mm2. Sepanjang 5 hari pemerhatian seterusnya, saiz meningkat secara perlahan dan lancar kepada 0.98 Β± 0.03 mm2 (3A-3S).
Obor-obor dari kumpulan lain, yang kekurangan makanan, tidak tumbuh, tetapi mengecut (garis merah pada graf 3S). Analisis selular obor-obor yang kelaparan menunjukkan kehadiran sejumlah kecil sel EdU: 1240.6 Β± 214.3 dalam obor-obor daripada kumpulan kawalan dan 433.6 Β± 133 dalam yang kelaparan (3D-3H). Pemerhatian ini mungkin bukti langsung bahawa pemakanan secara langsung mempengaruhi proses pembiakan.
Untuk menguji hipotesis ini, saintis menjalankan ujian farmakologi di mana mereka menyekat perkembangan kitaran sel menggunakan hydroxyurea (CH4N2O2), perencat kitaran sel yang menyebabkan penangkapan G1. Hasil daripada campur tangan ini, sel-sel fasa S yang sebelum ini dikesan menggunakan EdU hilang (3I-3L). Oleh itu, obor-obor yang terdedah kepada CH4N2O2 tidak menunjukkan pertumbuhan badan, tidak seperti kumpulan kawalan (3M).
Peringkat kajian seterusnya adalah kajian terperinci tentang sesungut bercabang obor-obor untuk mengesahkan andaian bahawa percambahan sel tempatan dalam sesungut menyumbang kepada morfogenesis mereka.
Imej No. 4: kesan pembiakan tempatan terhadap pertumbuhan dan percabangan sesungut obor-obor.
Sesungut obor-obor muda mempunyai satu cabang, tetapi dari masa ke masa bilangan mereka meningkat. Dalam keadaan makmal, percabangan meningkat 3 kali ganda pada hari kesembilan pemerhatian (4A ΠΈ 4S).
Sekali lagi, apabila CH4N2O2 digunakan, tiada cawangan sesungut diperhatikan, tetapi hanya satu cabang (4B ΠΈ 4C). Adalah aneh bahawa penyingkiran CH4N2O2 dari badan obor-obor memulihkan proses percabangan sesungut, yang menunjukkan kebolehbalikan campur tangan dadah. Pemerhatian ini jelas menunjukkan kepentingan pembiakan untuk perkembangan tentakel.
Cnidarians tidak akan menjadi cnidarians tanpa nematosit (cnidocytes, iaitu, cnidarians). Dalam spesies obor-obor Clytia hemisphaerica, sel stem dalam mentol sesungut membekalkan nematocyst ke hujung sesungut dengan tepat disebabkan oleh percambahan sel. Sememangnya, saintis memutuskan untuk menguji kenyataan ini juga.
Untuk mengesan sebarang hubungan antara nematocysts dan proliferasi, pewarna pewarnaan nuklear yang boleh menandakan poli-Ξ³-glutamat yang disintesis dalam dinding nematocyst (DAPI, iaitu 4', 6-diamidino-2-phenylindole) telah digunakan.
Pewarnaan poli-Ξ³-glutamat membolehkan kami menganggarkan saiz nematosit, antara 2 hingga 110 ΞΌm2 (4D-4G). Sebilangan nematocyst kosong juga dikenal pasti, iaitu, nematosit tersebut telah habis (4D-4G).
Aktiviti percambahan dalam tentakel obor-obor telah diuji dengan mengkaji lompang dalam nematosit selepas penyekatan kitaran sel dengan CH4N2O2. Perkadaran nematosit kosong dalam obor-obor selepas campur tangan dadah adalah lebih tinggi daripada kumpulan kawalan: 11.4% Β± 2.0% dalam obor-obor daripada kumpulan kawalan dan 19.7% Β± 2.0% dalam obor-obor dengan CH4N2O2 (4D-4G ΠΈ 4H). Akibatnya, walaupun selepas keletihan, nematosit terus dibekalkan secara aktif dengan sel proliferasi progenitor, yang mengesahkan pengaruh proses ini bukan sahaja pada perkembangan tentakel, tetapi juga pada nematogenesis di dalamnya.
Peringkat yang paling menarik ialah kajian tentang kebolehan regeneratif obor-obor. Memandangkan kepekatan tinggi sel proliferatif dalam mentol tentakel obor-obor matang Cladonema, saintis memutuskan untuk mengkaji penjanaan semula tentakel.
Imej No. 5: kesan pembiakan pada penjanaan semula sesungut.
Selepas pembedahan sesungut di pangkal, proses penjanaan semula diperhatikan (5A-5D). Dalam 24 jam pertama, penyembuhan berlaku di kawasan insisi (5B). Pada hari kedua pemerhatian, hujung mula memanjang dan dahan muncul (5S). Pada hari kelima, sesungut telah bercabang sepenuhnya (5D), oleh itu, penjanaan semula sesungut mungkin mengikuti morfogenesis sesungut biasa selepas pemanjangan.
Untuk mengkaji dengan lebih baik peringkat awal penjanaan semula, para saintis menganalisis taburan sel yang membiak menggunakan pewarnaan PH3 untuk memvisualisasikan sel mitosis.
Walaupun sel pembahagi sering diperhatikan berhampiran kawasan yang dipotong, sel mitosis tersebar dalam mentol sesungut kawalan yang tidak dipotong (5E ΠΈ 5F).
Kuantifikasi sel-sel positif PH3 yang terdapat dalam mentol sesungut menunjukkan peningkatan ketara dalam sel-sel positif PH3 dalam mentol sesungut orang yang diamputasi berbanding dengan kawalan (5G). Sebagai kesimpulan, proses regeneratif awal disertai dengan peningkatan aktif dalam percambahan sel dalam mentol tentakel.
Kesan pembiakan pada penjanaan semula telah diuji dengan menyekat sel dengan CH4N2O2 selepas memotong sesungut. Dalam kumpulan kawalan, pemanjangan tentakel selepas amputasi berlaku secara normal, seperti yang dijangkakan. Tetapi dalam kumpulan di mana CH4N2O2 digunakan, pemanjangan tidak berlaku, walaupun penyembuhan luka normal (5H). Dalam erti kata lain, penyembuhan akan berlaku dalam apa jua keadaan, tetapi percambahan diperlukan untuk penjanaan semula tentakel yang betul.
Akhirnya, saintis memutuskan untuk mengkaji percambahan dalam spesies obor-obor lain, iaitu Cytaeis ΠΈ Rathkea.
Imej #6: Perbandingan pembiakan dalam Cytaeis (kiri) dan Rathkea (kanan) obor-obor.
Π£ Cytaeis medusa EdU-positif sel diperhatikan dalam manubrium, mentol sesungut dan bahagian atas payung (6A ΠΈ 6V). Lokasi sel positif PH3 yang dikenal pasti dalam Cytaeis sangat serupa dengan Cladonema, namun terdapat beberapa perbezaan (6C ΠΈ 6D). Tetapi pada Rathkea Sel EdU-positif dan PH3-positif ditemui hampir secara eksklusif di kawasan manubrium dan mentol tentakel (6E-6H).
Ia juga menarik bahawa sel-sel yang membiak sering dikesan dalam buah pinggang obor-obor Rathkea (6E-6G), yang mencerminkan jenis pembiakan aseksual spesies ini.
Dengan mengambil kira maklumat yang diperoleh, boleh diandaikan bahawa percambahan sel berlaku dalam mentol sesungut bukan sahaja dalam satu spesies obor-obor, walaupun terdapat perbezaan disebabkan perbezaan fisiologi dan morfologi.
Untuk kenalan yang lebih terperinci dengan nuansa kajian, saya cadangkan melihat .
Epilog
Salah satu watak sastera kegemaran saya ialah Hercule Poirot. Detektif yang cerdik sentiasa memberi perhatian khusus kepada butiran kecil yang dianggap tidak penting oleh orang lain. Para saintis sama seperti detektif, mengumpul semua bukti yang mereka temui untuk menjawab semua soalan penyiasatan dan mengetahui "pesalahnya."
Tidak kira betapa jelas kedengarannya, penjanaan semula sel obor-obor secara langsung berkaitan dengan percambahan - satu proses penting dalam pembangunan sel, tisu dan, sebagai akibatnya, seluruh organisma. Kajian yang lebih teliti tentang proses komprehensif ini akan membolehkan kita memahami dengan lebih baik mekanisme molekul yang mendasarinya, yang seterusnya akan mengembangkan bukan sahaja julat pengetahuan kita, tetapi juga secara langsung mempengaruhi kehidupan kita.
Jumaat luar atas:
Perarakan obor-obor spesies Aurelia, diganggu oleh pemangsa dengan nama luar biasa "obor-obor telur goreng", i.e. obor-obor telur goreng (Planet Bumi, sulih suara - David Attenborough).
Ia bukan obor-obor, tetapi makhluk laut dalam ini (mulut besar seperti burung pelikan) tidak sering difoto (reaksi penyelidik hanya menyentuh hati).
Terima kasih kerana membaca, kekal ingin tahu dan selamat berhujung minggu guys! π
Terima kasih kerana tinggal bersama kami. Adakah anda suka artikel kami? Ingin melihat kandungan yang lebih menarik? Sokong kami dengan membuat pesanan atau mengesyorkan kepada rakan, Diskaun 30% untuk pengguna Habr pada analog unik pelayan peringkat permulaan, yang kami cipta untuk anda: (tersedia dengan RAID1 dan RAID10, sehingga 24 teras dan sehingga 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 - daripada $99! Baca tentang
Sumber: www.habr.com