Çfarë kanë të përbashkët Wolverine, Deadpool dhe Jellyfish? Të gjithë ata kanë një veçori të mahnitshme - rigjenerimin. Sigurisht, në komike dhe filma, kjo aftësi, e zakonshme midis një numri jashtëzakonisht të kufizuar të organizmave të gjallë të vërtetë, është paksa (dhe ndonjëherë shumë) e ekzagjeruar, por mbetet shumë reale. Dhe ajo që është e vërtetë mund të shpjegohet, gjë që vendosën të bëjnë shkencëtarët nga Universiteti Tohoku (Japoni) në studimin e tyre të ri. Cilat procese qelizore në trupin e një kandili deti lidhen me rigjenerimin, si vazhdon ky proces dhe çfarë superfuqish të tjera kanë këto krijesa të ngjashme me pelte? Raporti i grupit hulumtues do të na tregojë për këtë. Shkoni.
Baza e studimit
Para së gjithash, shkencëtarët shpjegojnë pse vendosën ta përqendrojnë vëmendjen e tyre te kandil deti. Fakti është se shumica e kërkimeve në fushën e biologjisë kryhen me pjesëmarrjen e të ashtuquajturve organizma model: minj, miza frutash, krimba, peshq, etj. Por planeti ynë është shtëpia e miliona specieve, secila prej të cilave ka një ose një tjetër aftësi unike. Rrjedhimisht, është e pamundur të vlerësohet plotësisht procesi i rigjenerimit qelizor duke studiuar vetëm një specie dhe të supozohet se mekanizmi i studiuar do të jetë i përbashkët për të gjitha krijesat në Tokë.
Sa i përket kandil deti, këto krijesa, nga pamja e tyre, flasin për veçantinë e tyre, e cila nuk mund të mos tërheqë vëmendjen e shkencëtarëve. Prandaj, para se të filloja vetë zbërthimin e hulumtimit, takova personazhin kryesor të tij.
Fjala "kandil deti", të cilën ne jemi mësuar ta quajmë krijesën si të tillë, në fakt i referohet vetëm fazës së ciklit jetësor të nëntipit cnidarian. meduzozoa. Knidarët morën një emër kaq të pazakontë për shkak të pranisë së qelizave thumbuese (cnidociteve) në trupin e tyre, të cilat përdoren për gjueti dhe vetëmbrojtje. E thënë thjesht, kur ju pickon një kandil deti, mund t'i falënderoni këto qeliza për dhimbjen dhe vuajtjen.
Knidocitet përmbajnë cnidociste, një organelë ndërqelizore përgjegjëse për efektin "thimbues". Sipas pamjes së tyre dhe, në përputhje me rrethanat, metodës së aplikimit, dallohen disa lloje të cnidociteve, ndër të cilat janë:
- penetrantë - fije me skaje të mprehta që shpojnë trupin e viktimës ose shkelësit si shtiza, duke injektuar një neurotoksinë;
- glutinants - fije ngjitëse dhe të gjata që mbështjellin viktimën (jo përqafimi më i këndshëm);
- volventet janë fije të shkurtra në të cilat viktima lehtë mund të ngatërrohet.
Armët e tilla jo standarde shpjegohen me faktin se kandil deti, megjithëse i këndshëm, nuk është krijesa veçanërisht e shkathët. Neurotoksina që hyn në trupin e gjahut e paralizon atë në çast, gjë që i jep kandilit të detit shumë kohë për një pushim dreke.
Kandil deti pas një gjuetie të suksesshme.
Përveç metodës së tyre të pazakontë të gjuetisë dhe mbrojtjes, kandil deti ka riprodhim shumë të pazakontë. Meshkujt prodhojnë spermë dhe femrat prodhojnë vezë, pas shkrirjes së të cilave formohen planula (larvat), të cilat vendosen në fund. Pas një kohe, nga larva rritet një polip, nga i cili, me arritjen e pjekurisë, kandil deti i ri shkëputet fjalë për fjalë (në fakt, lulëzimi ndodh). Kështu, ekzistojnë disa faza të ciklit jetësor, njëra prej të cilave është gjenerimi i kandil deti ose medusoid.
Cianea me qime, e njohur edhe si mane e luanit.
Nëse cyanea leshtore do të pyetej se si të rritet efikasiteti i gjuetisë, ajo do të përgjigjej - më shumë tentakula. Janë rreth 60 prej tyre gjithsej (grumbullime me 15 tentakula në çdo cep të kupolës). Për më tepër, ky lloj kandil deti konsiderohet më i madhi, sepse diametri i kupolës mund të arrijë 2 metra, dhe tentakulat mund të shtrihen deri në 20 metra gjatë gjuetisë. Për fat të mirë, kjo specie nuk është veçanërisht "toksike" dhe për këtë arsye nuk është fatale për njerëzit.
Grerëza e detit, nga ana tjetër, do t'i shtonte cilësinë sasisë. Ky lloj kandili deti gjithashtu ka 15 tentakula (3 m në gjatësi) në secilin nga katër qoshet e kupolës, por helmi i tyre është shumë herë më i fortë se ai i të afërmit të tij të madh. Besohet se grenza e detit ka mjaft neurotoksina për të vrarë 60 njerëz në 3 minuta. Kjo stuhi e detit jeton në zonën bregdetare të Australisë veriore dhe Zelandës së Re. Sipas të dhënave nga viti 1884 deri në 1996, 63 njerëz vdiqën në Australi, por këto të dhëna mund të jenë të pasakta dhe numri i takimeve fatale midis njerëzve dhe grerëzave të detit mund të jetë shumë më i lartë. Megjithatë, sipas të dhënave për vitet 1991-2004, nga 225 raste, vetëm 8% e viktimave u shtruan në spital, duke përfshirë një vdekje (një fëmijë tre vjeç).
Gryka e detit
Tani le të kthehemi te studimi që po shqyrtojmë sot.
Nga pikëpamja e qelizave, procesi më i rëndësishëm në të gjithë jetën e çdo organizmi është proliferimi i qelizave - procesi i rritjes së indeve të trupit përmes riprodhimit të qelizave me ndarje. Gjatë rritjes së trupit, ky proces rregullon rritjen e përmasave të trupit. Dhe kur trupi është formuar plotësisht, qelizat në rritje rregullojnë shkëmbimin fiziologjik të qelizave dhe zëvendësimin e atyre të dëmtuara me të reja.
Cnidarianët, si një grup motër biteranësh dhe metazoanësh të hershëm, janë përdorur për të studiuar proceset evolucionare për shumë vite. Prandaj, cnidarët nuk bëjnë përjashtim për sa i përket përhapjes. Për shembull, gjatë zhvillimit embrional të anemonës së detit Nematostella vectensis proliferimi i qelizave është i koordinuar me organizimin e epitelit dhe është i përfshirë në zhvillimin e tentakulave.
Nematostella vectensis
Ndër të tjera, cnidarët, siç e dimë tashmë, janë të njohur për aftësitë e tyre rigjeneruese. Polipet hidrat (një gjini e koelenterateve sesile të ujërave të ëmbla nga klasa hidroide) janë konsideruar më të njohurit në mesin e studiuesve për qindra vjet. Proliferimi, i aktivizuar nga qelizat që vdesin, nxit procesin e rigjenerimit të kokës bazale të hidrës. Vetë emri i kësaj krijese aludon për një krijesë mitike të njohur për rigjenerimin e saj - Hidra Lernaean, të cilën Herkuli ishte në gjendje ta mposhtte.
Megjithëse aftësitë rigjeneruese kanë qenë të lidhura me përhapjen, mbetet e paqartë saktësisht se si ndodh ky proces qelizor në kushte normale në faza të ndryshme të zhvillimit të organizmit.
Kandil deti, të cilët kanë një cikël të ndërlikuar jetësor të përbërë nga dy faza riprodhimi (vegjetative dhe seksuale), shërbejnë si një model i shkëlqyer për studimin e përhapjes.
Në këtë vepër, rolin e individit kryesor të studiuar e ka luajtur kandil deti i llojit Cladonema pacificum. Kjo specie jeton në brigjet e Japonisë. Fillimisht, ky kandil deti ka 9 tentakula kryesore, të cilat fillojnë të degëzohen dhe rriten në madhësi (si i gjithë trupi) gjatë zhvillimit te një i rritur. Kjo veçori na lejon të studiojmë në detaje të gjithë mekanizmat që përfshihen në këtë proces.
Përveç Cladonema pacificum Studimi shqyrtoi gjithashtu lloje të tjera të kandil deti: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.
Rezultatet e studimit
Për të kuptuar modelin hapësinor të përhapjes së qelizave në Cladonema medusa, shkencëtarët përdorën ngjyrosjen 5-etinil-2'-deoksiuridine (EdU), e cila etiketon qelizat në Faza S* ose qelizat që e kanë kaluar tashmë atë.
Faza S* - faza e ciklit qelizor në të cilën ndodh replikimi i ADN-së.
duke ditur që Kladonema rritet në mënyrë dramatike në madhësi dhe shfaq degëzim tentakulës gjatë zhvillimit (1A-1C), shpërndarja e qelizave proliferuese mund të ndryshojë gjatë maturimit.
Imazhi nr. 1: tiparet e proliferimit të qelizave në Cladonema të rinj.
Për shkak të kësaj veçorie, ishte e mundur të studiohej mekanizmi i përhapjes së qelizave si te kandil deti i ri (dita 1) dhe seksualisht i pjekur (dita 45).
Në kandil deti të mitur, qelizat EdU-pozitive u gjetën në një numër të madh në të gjithë trupin, duke përfshirë çadrën, manubriumin (organin mbështetës të zgavrës me gojë te kandili i detit) dhe tentakulat, pavarësisht nga koha e ekspozimit ndaj EdU (1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 μM (mikromolar) pas 24 orësh).
Në manubrium u gjetën mjaft qeliza EdU-pozitive (1F и 1G), por në ombrellë shpërndarja e tyre ishte shumë uniforme, veçanërisht në guaskën e jashtme të ombrellës (ekzumbrellë, 1H-1K). Në tentakulat, qelizat EdU-pozitive ishin shumë të grumbulluara (1N). Përdorimi i një markeri mitotik (antitrupi PH3) bëri të mundur verifikimin që qelizat EdU-pozitive janë qeliza proliferuese. Qelizat PH3-pozitive u gjetën si në ombrellë ashtu edhe në llambën e tentakulës (1L и 1P).
Në tentakulat, qelizat mitotike u gjetën kryesisht në ektodermë (1P), ndërsa në ombrellë qelizat proliferuese ndodheshin në shtresën sipërfaqësore (1M).
Imazhi nr. 2: tiparet e proliferimit të qelizave në Cladonema mature.
Si te individët e rinj ashtu edhe te ata të pjekur, qelizat EdU pozitive u gjetën në numër të madh në të gjithë trupin. Në çadër, qelizat EdU-pozitive u gjetën më shpesh në shtresën sipërfaqësore sesa në shtresën e poshtme, e cila është e ngjashme me vëzhgimet tek të miturit (2A-2D).
Por në tentakulat situata ishte disi ndryshe. Qelizat EdU-pozitive u grumbulluan në bazën e tentakulës (llambë), ku u gjetën dy grupime në të dyja anët e llambës (2E и 2F). Në individë të rinj, akumulime të ngjashme janë vërejtur gjithashtu (1N), d.m.th. llamba e tentakulës mund të jetë zona kryesore e përhapjes në të gjithë fazën meduzoide. Është kurioze që në manubriumin e individëve të rritur numri i qelizave EdU-pozitive ishte dukshëm më i madh se tek të miturit (2G и 2H).
Rezultati i ndërmjetëm është se përhapja e qelizave mund të ndodhë në mënyrë uniforme në ombrellën e një kandili deti, por në tentakulat ky proces është shumë i lokalizuar. Prandaj, mund të supozohet se përhapja uniforme e qelizave mund të kontrollojë rritjen e trupit dhe homeostazën e indeve, por grupet e qelizave në rritje pranë llambave të tentakulës janë të përfshirë në morfogjenezën e tentakulës.
Për sa i përket vetë zhvillimit të trupit, përhapja luan një rol të rëndësishëm në rritjen e trupit.
Imazhi #3: Rëndësia e përhapjes në procesin e rritjes së trupit të një kandil deti.
Për ta provuar këtë në praktikë, shkencëtarët monitoruan rritjen e trupit të kandil deti, duke filluar nga individët e rinj. Është më e lehtë të përcaktohet madhësia e trupit të një kandil deti nga kupola e tij, pasi ajo rritet në mënyrë të barabartë dhe në proporcion të drejtë me të gjithë trupin.
Me ushqim normal në kushte laboratorike, madhësia e kupolës rritet ndjeshëm me 54.8% gjatë 24 orëve të para - nga 0.62 ± 0.02 mm2 në 0.96 ± 0.02 mm2. Gjatë 5 ditëve të ardhshme të vëzhgimeve, madhësia u rrit ngadalë dhe pa probleme në 0.98 ± 0.03 mm2 (3A-3S).
Kandil deti nga një grup tjetër, të cilëve iu privua ushqimi, nuk u rrit, por u tkurr (vija e kuqe në grafik 3S). Analiza qelizore e kandilit të uritur tregoi praninë e një numri jashtëzakonisht të vogël të qelizave EdU: 1240.6 ± 214.3 në kandil deti nga grupi i kontrollit dhe 433.6 ± 133 në ato të uritur (3D-3H). Ky vëzhgim mund të jetë dëshmi e drejtpërdrejtë se ushqimi ndikon drejtpërdrejt në procesin e përhapjes.
Për të testuar këtë hipotezë, shkencëtarët kryen një analizë farmakologjike në të cilën ata bllokuan përparimin e ciklit qelizor duke përdorur hidroksiurea (CH4N2O2), një frenues i ciklit qelizor që shkakton ndalimin e G1. Si rezultat i kësaj ndërhyrjeje, qelizat e fazës S të zbuluara më parë duke përdorur EdU u zhdukën (3I-3L). Kështu, kandil deti që u ekspozua ndaj CH4N2O2 nuk tregoi rritje të trupit, ndryshe nga grupi i kontrollit (3M).
Faza tjetër e studimit ishte një studim i detajuar i tentakulave degëzuese të kandil deti, në mënyrë që të konfirmohej supozimi se përhapja lokale e qelizave në tentakula kontribuon në morfogjenezën e tyre.
Imazhi nr. 4: efekti i përhapjes lokale në rritjen dhe degëzimin e tentakulave të kandil deti.
Tentakulat e një kandil deti të ri kanë një degë, por me kalimin e kohës numri i tyre rritet. Në kushte laboratorike, degëzimi u rrit 3 herë në ditën e nëntë të vëzhgimit (4A и 4S).
Përsëri, kur u përdor CH4N2O2, nuk u vu re asnjë degëzim i tentakulave, por vetëm një degë (4B и 4C). Është kureshtare që heqja e CH4N2O2 nga trupi i kandilit të detit rivendosi procesin e degëzimit të tentakulave, gjë që tregon kthyeshmërinë e ndërhyrjes me ilaçe. Këto vëzhgime tregojnë qartë rëndësinë e përhapjes për zhvillimin e tentakulës.
Cnidarians nuk do të ishin cnidarians pa nematocite (cnidocite, d.m.th., cnidarians). Në specien e kandilit të detit Clytia hemisphaerica, qelizat burimore në llamba tentakulare furnizojnë nematociste në majat e tentakulave pikërisht për shkak të përhapjes së qelizave. Natyrisht, shkencëtarët vendosën të testojnë edhe këtë deklaratë.
Për të zbuluar ndonjë lidhje midis nematocisteve dhe proliferimit, u përdor një ngjyrues bërthamor që mund të shënojë poli-γ-glutamat të sintetizuar në murin e nematocistës (DAPI, d.m.th. 4',6-diamidino-2-fenilindol).
Ngjyrosja e poli-γ-glutamatit na lejoi të vlerësonim madhësinë e nematociteve, duke filluar nga 2 në 110 μm2 (4D-4G). U identifikuan gjithashtu një numër nematocistesh boshe, domethënë, nematocite të tilla u varfëruan (4D-4G).
Aktiviteti i përhapjes në tentakulat e kandil deti u testua duke studiuar zbrazëtitë në nematocite pas bllokimit të ciklit qelizor me CH4N2O2. Përqindja e nematociteve bosh në kandil deti pas ndërhyrjes me ilaçin ishte më e lartë se në grupin e kontrollit: 11.4% ± 2.0% në kandil deti nga grupi i kontrollit dhe 19.7% ± 2.0% në kandil deti me CH4N2O2 (4D-4G и 4H). Për rrjedhojë, edhe pas rraskapitjes, nematocitet vazhdojnë të furnizohen aktivisht me qeliza progjenitore proliferuese, gjë që konfirmon ndikimin e këtij procesi jo vetëm në zhvillimin e tentakulave, por edhe në nematogjenezën në to.
Faza më interesante ishte studimi i aftësive rigjeneruese të kandil deti. Duke marrë parasysh përqendrimin e lartë të qelizave proliferative në llambën e tentakulës së kandilit të pjekur Kladonema, shkencëtarët vendosën të studiojnë rigjenerimin e tentakulave.
Imazhi nr. 5: efekti i përhapjes në rigjenerimin e tentakulës.
Pas diseksionit të tentakulave në bazë, u vu re një proces rigjenerimi (5A-5D). Gjatë 24 orëve të para, shërimi ndodhi në zonën e prerjes (5B). Në ditën e dytë të vëzhgimit, maja filloi të zgjatet dhe u shfaqën degë (5S). Në ditën e pestë, tentakula u degëzua plotësisht (5D), prandaj, rigjenerimi i tentakulës mund të pasojë morfogjenezën normale të tentakulës pas zgjatjes.
Për të studiuar më mirë fazën fillestare të rigjenerimit, shkencëtarët analizuan shpërndarjen e qelizave në rritje duke përdorur ngjyrosjen PH3 për të vizualizuar qelizat mitotike.
Ndërsa qelizat e ndarjes u vëzhguan shpesh pranë zonës së amputuar, qelizat mitotike u shpërndanë në llamba me tentakula kontrolli të paprerë (5E и 5F).
Përcaktimi sasior i qelizave PH3-pozitive të pranishme në bulbs tentakulës zbuloi një rritje të konsiderueshme të qelizave PH3-pozitive në llamba tentakulare të të amputuarve në krahasim me kontrollet (5G). Si përfundim, proceset fillestare rigjeneruese shoqërohen nga një rritje aktive e përhapjes së qelizave në llamba tentakulare.
Efekti i proliferimit në rigjenerim u testua duke bllokuar qelizat me CH4N2O2 pas prerjes së tentakulës. Në grupin e kontrollit, zgjatja e tentakulës pas amputimit ndodhi normalisht, siç pritej. Por në grupin në të cilin u aplikua CH4N2O2, zgjatimi nuk ndodhi, pavarësisht shërimit normal të plagëve (5H). Me fjalë të tjera, shërimi do të ndodhë në çdo rast, por përhapja është e nevojshme për rigjenerimin e duhur të tentakulës.
Më në fund, shkencëtarët vendosën të studiojnë përhapjen në lloje të tjera të kandil deti, përkatësisht Cytaeis и Rathkea.
Imazhi #6: Krahasimi i përhapjes në kandil deti Cytaeis (majtas) dhe Rathkea (djathtas).
У Cytaeis meduza qeliza EdU pozitive u vunë re në manubrium, llamba tentakulare dhe në pjesën e sipërme të ombrellës (6A и 6V). Vendndodhja e qelizave të identifikuara PH3-pozitive në Cytaeis shumë të ngjashme me Kladonema, megjithatë ka disa dallime (6C и 6D). Por në Rathkea Qelizat EdU-pozitive dhe PH3-pozitive u gjetën pothuajse ekskluzivisht në rajonin e llambave të manubriumit dhe tentakulës (6E-6H).
Është gjithashtu interesante që qelizat në rritje u zbuluan shpesh në veshkat e kandil deti Rathkea (6E-6G), që pasqyron llojin aseksual të riprodhimit të kësaj specie.
Duke marrë parasysh informacionin e marrë, mund të supozohet se përhapja e qelizave ndodh në llamba tentakulare jo vetëm në një specie të kandil deti, megjithëse ka dallime për shkak të dallimeve në fiziologji dhe morfologji.
Për një kuptim më të detajuar të nuancave të studimit, unë rekomandoj t'i hidhni një sy .
epilog
Një nga personazhet e mi të preferuar letrarë është Hercule Poirot. Detektivi i zgjuar i kushtonte gjithmonë vëmendje të veçantë detajeve të vogla që të tjerët mendonin se ishin të parëndësishme. Shkencëtarët janë shumë si detektivë, duke mbledhur të gjitha provat që mund të gjejnë për t'iu përgjigjur të gjitha pyetjeve të hetimit dhe për të gjetur "fajtorin".
Pavarësisht se sa e qartë mund të tingëllojë, rigjenerimi i qelizave të kandil deti lidhet drejtpërdrejt me përhapjen - një proces integral në zhvillimin e qelizave, indeve dhe, si pasojë, të gjithë organizmit. Një studim më i plotë i këtij procesi gjithëpërfshirës do të na lejojë të kuptojmë më mirë mekanizmat molekularë që qëndrojnë në themel të tij, të cilat, nga ana tjetër, do të zgjerojnë jo vetëm gamën e njohurive tona, por gjithashtu do të ndikojnë drejtpërdrejt në jetën tonë.
E premte jashtë topit:
Marsi i kandil deti të llojit Aurelia, i shqetësuar nga një grabitqar me emrin e pazakontë "kandil deti me vezë të skuqur", d.m.th. kandil deti me vezë të skuqur (Planet Earth, zëri nga David Attenborough).
Nuk është një kandil deti, por kjo krijesë e thellë në det (goja e madhe si pelikani) nuk fotografohet shpesh (reagimi i studiuesve është thjesht prekës).
Faleminderit që lexoni, qëndroni kurioz dhe kaloni një fundjavë të mrekullueshme djema! 🙂
Faleminderit që qëndruat me ne. A ju pëlqejnë artikujt tanë? Dëshironi të shihni përmbajtje më interesante? Na mbështesni duke bërë një porosi ose duke rekomanduar miqve, 30% zbritje për përdoruesit e Habr në një analog unik të serverëve të nivelit të hyrjes, i cili u shpik nga ne për ju: (e disponueshme me RAID1 dhe RAID10, deri në 24 bërthama dhe deri në 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 herë më lirë? Vetëm këtu në Holandë! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - nga 99 dollarë! Lexoni rreth
Burimi: www.habr.com