Wolverine, Deadpool ve Jellyfish'in ortak noktası nedir? Hepsinin muhteşem bir özelliği var; yenilenme. Elbette çizgi romanlarda ve filmlerde, son derece sınırlı sayıda gerçek yaşayan organizma arasında yaygın olan bu yetenek biraz (ve bazen büyük ölçüde) abartılıyor, ancak yine de oldukça gerçek. Ve gerçek olan açıklanabilir, Tohoku Üniversitesi'nden (Japonya) bilim adamları yeni çalışmalarında bunu yapmaya karar verdiler. Denizanasının vücudundaki hangi hücresel süreçler yenilenmeyle ilişkilidir, bu süreç nasıl ilerler ve bu jöle benzeri canlılar başka hangi süper güçlere sahiptir? Araştırma grubunun raporu bize bunu anlatacak. Gitmek.
Araştırma temeli
Bilim insanları öncelikle dikkatlerini neden denizanasına odaklamaya karar verdiklerini açıklıyor. Gerçek şu ki, biyoloji alanındaki araştırmaların çoğu, sözde model organizmaların katılımıyla gerçekleştirilmektedir: fareler, meyve sinekleri, solucanlar, balıklar vb. Ancak gezegenimiz, her biri kendine özgü yeteneklere sahip milyonlarca türe ev sahipliği yapıyor. Sonuç olarak, yalnızca bir türü inceleyerek hücresel yenilenme sürecini tam olarak değerlendirmek ve incelenen mekanizmanın Dünya'daki tüm canlılar için ortak olacağını varsaymak imkansızdır.
Denizanasına gelince, bu canlılar, görünüşleriyle, bilim adamlarının dikkatini çekmekten başka bir şey yapamayan benzersizliklerinden bahseder. Bu nedenle araştırmanın kendisini incelemeye başlamadan önce ana karakteriyle tanıştım.
Yaratığı bu şekilde adlandırmaya alıştığımız “denizanası” kelimesi aslında yalnızca cnidarian alt tipinin yaşam döngüsünün aşamasını ifade etmektedir. medusozoa. Cnidarians, vücutlarında avlanma ve kendini savunma için kullanılan acı veren hücrelerin (cnidositler) bulunması nedeniyle alışılmadık bir isim aldı. Basitçe söylemek gerekirse, bir denizanası tarafından sokulduğunuzda, çektiğiniz acı ve ıstırap için bu hücrelere teşekkür edebilirsiniz.
Knidositler, “batma” etkisinden sorumlu hücre içi bir organel olan knidosistleri içerir. Görünümlerine ve buna göre uygulama yöntemine göre, çeşitli cnidosit türleri ayırt edilir; bunlar arasında:
- deliciler - mağdurun veya suçlunun vücudunu mızrak gibi delip nörotoksin enjekte eden sivri uçlu iplikler;
- glutinantlar - kurbanı saran yapışkan ve uzun iplikler (en hoş kucaklaşma değil);
- Volventler kurbanın kolayca karışabileceği kısa ipliklerdir.
Bu tür standart dışı silahlar, denizanasının zarif olmasına rağmen özellikle çevik yaratıklar olmamasıyla açıklanmaktadır. Avın vücuduna giren nörotoksin onu anında felç eder ve bu da denizanasına öğle yemeği molası için bolca zaman tanır.
Başarılı bir avın ardından denizanası.
Alışılmadık avlanma ve savunma yöntemlerine ek olarak, denizanası çok sıradışı bir üreme özelliğine sahiptir. Erkekler sperm üretir ve dişiler, füzyonun ardından planulaların (larvaların) oluştuğu ve dibe yerleşen yumurtalar üretir. Bir süre sonra, larvadan bir polip büyür ve olgunluğa ulaştıktan sonra genç denizanası tam anlamıyla kırılır (aslında tomurcuklanma meydana gelir). Bu nedenle, yaşam döngüsünün birkaç aşaması vardır; bunlardan biri denizanası veya medusoid neslidir.
Aslanın yelesi olarak da bilinen kıllı siyane.
Tüylü cyanea'ya avlanma verimliliğinin nasıl artırılacağı sorulsaydı, cevap verirdi: daha fazla dokunaç. Toplamda yaklaşık 60 tane var (kubbenin her köşesinde 15 dokunaçtan oluşan kümeler). Ayrıca bu tür denizanası en büyüğü olarak kabul edilir çünkü kubbenin çapı 2 metreye ulaşabilir ve avlanma sırasında dokunaçlar 20 metreye kadar uzayabilir. Neyse ki bu tür özellikle “toksik” değildir ve bu nedenle insanlar için ölümcül değildir.
Deniz arısı ise niceliğe nitelik katacaktır. Bu denizanası türünün ayrıca kubbenin dört köşesinin her birinde 15 dokunaç (3 m uzunluğunda) vardır, ancak zehirleri büyük akrabasınınkinden kat kat daha güçlüdür. Deniz yaban arısının 60 dakikada 3 kişiyi öldürecek kadar nörotoksine sahip olduğuna inanılıyor. Bu deniz fırtınası, kuzey Avustralya ve Yeni Zelanda'nın kıyı bölgesinde yaşıyor. 1884'ten 1996'ya kadar olan verilere göre Avustralya'da 63 kişi öldü, ancak bu veriler hatalı olabilir ve insanlarla deniz eşekarısı arasındaki ölümcül karşılaşmaların sayısı çok daha fazla olabilir. Ancak 1991-2004 verilerine göre 225 vakadan mağdurların yalnızca %8'i hastaneye kaldırıldı, bunlardan biri ölüm (üç yaşında bir çocuk).
Deniz arısı
Şimdi bugün incelediğimiz çalışmaya geri dönelim.
Hücreler açısından bakıldığında, herhangi bir organizmanın tüm yaşamındaki en önemli süreç hücre çoğalmasıdır - vücut dokularının bölünerek hücre çoğalması yoluyla büyümesi süreci. Vücudun büyümesi sırasında bu süreç vücut büyüklüğündeki artışı düzenler. Vücut tamamen oluştuğunda ise çoğalan hücreler, hücrelerin fizyolojik değişimini ve hasarlı hücrelerin yenileriyle değiştirilmesini düzenler.
Bilateriyenlerin ve erken metazoanların kardeş grubu olan Cnidarians, uzun yıllardır evrimsel süreçleri incelemek için kullanılıyor. Bu nedenle cnidaryalılar çoğalma açısından bir istisna değildir. Örneğin deniz anemonunun embriyonik gelişimi sırasında Nematostella vectensis Hücre proliferasyonu epitel organizasyonu ile koordine edilir ve dokunaç gelişiminde rol oynar.
Nematostella vectensis
Diğer şeylerin yanı sıra, zaten bildiğimiz gibi cnidarians, yenilenme yetenekleriyle tanınır. Hydra polipleri (hidroid sınıfından bir tatlı su sapsız selenterat cinsi), yüzlerce yıldır araştırmacılar arasında en popüler olarak kabul edildi. Ölen hücreler tarafından etkinleştirilen çoğalma, hidranın bazal başının yenilenme sürecini tetikler. Bu yaratığın adı, Herkül'ün yenmeyi başardığı, yenilenmesiyle bilinen efsanevi bir yaratığa, Lernaean Hydra'ya gönderme yapıyor.
Rejeneratif yetenekler çoğalmayla bağlantılı olmasına rağmen, bu hücresel sürecin normal koşullar altında organizma gelişiminin farklı aşamalarında tam olarak nasıl gerçekleştiği belirsizliğini koruyor.
Üremenin iki aşamasından (bitkisel ve cinsel) oluşan karmaşık bir yaşam döngüsüne sahip olan denizanası, çoğalmayı incelemek için mükemmel bir model görevi görür.
Bu çalışmada, incelenen ana bireyin rolü Cladonema pacificum türünün denizanası tarafından oynandı. Bu tür Japonya kıyılarında yaşıyor. Başlangıçta, bu denizanasının bir yetişkine gelişimi sırasında dallanmaya ve boyutları (tüm vücut gibi) artmaya başlayan 9 ana dokunaçları vardır. Bu özellik, bu sürece dahil olan tüm mekanizmaları ayrıntılı olarak incelememizi sağlar.
Ek olarak, Cladonema pasifikum Çalışma ayrıca diğer denizanası türlerine de baktı: Cytaeis uchidae и Rathkea ahtapotata.
Araştırma sonuçları
Cladonema medusa'daki hücre çoğalmasının mekansal modelini anlamak için bilim adamları, hücreleri etiketleyen 5-etinil-2'-deoksiüridin (EdU) boyamayı kullandılar. S fazı* veya onu zaten geçmiş olan hücreler.
S fazı* - DNA replikasyonunun meydana geldiği hücre döngüsünün fazı.
Verilen kladonema Boyut olarak dramatik bir şekilde artar ve gelişim sırasında dokunaç dallanması sergiler (1A-1C), çoğalan hücrelerin dağılımı olgunlaşma boyunca değişebilir.
Resim No. 1: Genç Cladonema'da hücre çoğalmasının özellikleri.
Bu özelliği nedeniyle hem genç (1. gün) hem de cinsel açıdan olgun (45. gün) denizanasında hücre çoğalma mekanizmasını incelemek mümkün oldu.
Yavru denizanasında EdU-pozitif hücreler, EdU'ya maruz kalma süresinden bağımsız olarak şemsiye, manubrium (denizanasında ağız boşluğunu destekleyen organ) ve dokunaçlar da dahil olmak üzere vücudun her yerinde yüksek sayılarda bulunmuştur.1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 saat sonra 24 µM (mikromolar).
Manubriumda oldukça az sayıda EdU-pozitif hücre bulundu (1F и 1G), ancak şemsiyede dağılımları çok düzgündü, özellikle şemsiyenin dış kabuğunda (şemsiye, 1H-1K). Dokunaçlarda, EdU-pozitif hücreler oldukça kümelenmişti (1N). Mitotik bir işaretleyicinin (PH3 antikoru) kullanılması, EdU-pozitif hücrelerin çoğalan hücreler olduğunun doğrulanmasını mümkün kıldı. PH3-pozitif hücreler hem şemsiyede hem de dokunaç soğanında bulundu (1L и 1P).
Dokunaçlarda mitotik hücreler esas olarak ektodermde bulundu (1P), şemsiyede çoğalan hücreler yüzey katmanında bulunurken (1M).
Resim No. 2: olgun Kladonema'da hücre çoğalmasının özellikleri.
Hem genç hem de olgun bireylerde EdU-pozitif hücreler vücutta çok sayıda bulundu. Şemsiyede, EdU-pozitif hücreler alt katmana kıyasla yüzeysel katmanda daha sık bulundu; bu da gençlerde gözlemlere benzer şekilde (2A-2D).
Ancak dokunaçlarda durum biraz farklıydı. EdU-pozitif hücreler, ampulün her iki yanında iki kümenin bulunduğu dokunaç (ampul) tabanında birikmiştir (2E и 2F). Genç bireylerde de benzer birikimler gözlendi (1N), yani. dokunaç ampulleri medusoid aşama boyunca çoğalmanın ana alanı olabilir. Yetişkin bireylerin manibriumunda EdU-pozitif hücrelerin sayısının gençlere göre önemli ölçüde daha fazla olması ilginçtir (2G и 2H).
Ara sonuç, denizanasının şemsiyesinde hücre çoğalmasının eşit şekilde meydana gelebilmesidir, ancak dokunaçlarda bu süreç oldukça lokalizedir. Bu nedenle, tekdüze hücre çoğalmasının vücut büyümesini ve doku homeostazisini kontrol edebildiği varsayılabilir, ancak dokunaç soğanlarının yakınında çoğalan hücre kümeleri dokunaç morfogenezinde rol oynar.
Vücut gelişimi açısından bakıldığında çoğalma, vücut büyümesinde önemli bir rol oynar.
Resim #3: Denizanasının vücut büyümesi sürecinde çoğalmanın önemi.
Bunu pratikte test etmek için bilim insanları genç bireylerden başlayarak denizanasının vücut büyümesini izledi. Denizanasının vücudunun büyüklüğünü kubbesine bakarak belirlemek en kolay yoldur çünkü denizanası tüm vücuda eşit ve doğru orantılı olarak büyür.
Laboratuvar koşullarında normal besleme ile kubbe boyutu ilk 54.8 saat içinde %24 oranında keskin bir şekilde artar - 0.62 ± 0.02 mm2'den 0.96 ± 0.02 mm2'ye. Sonraki 5 günlük gözlemlerde boyut yavaş ve düzgün bir şekilde 0.98 ± 0.03 mm2'ye yükseldi (3A-3S).
Yiyecekten mahrum kalan başka bir gruptaki denizanaları büyümedi ancak küçüldü (grafikteki kırmızı çizgi) 3S). Açlıktan ölmek üzere olan denizanasının hücresel analizi, son derece az sayıda EdU hücresinin varlığını gösterdi: kontrol grubundaki denizanalarında 1240.6 ± 214.3 ve açlıktan ölmek üzere olan denizanalarında 433.6 ± 133 (3D-3H). Bu gözlem, beslenmenin çoğalma sürecini doğrudan etkilediğinin doğrudan kanıtı olabilir.
Bu hipotezi test etmek için bilim insanları, G4'in tutuklanmasına neden olan bir hücre döngüsü inhibitörü olan hidroksiüre (CH2N2O1) kullanarak hücre döngüsü ilerlemesini bloke ettikleri farmakolojik bir analiz gerçekleştirdiler. Bu müdahale sonucunda daha önce EdU kullanılarak tespit edilen S fazı hücreleri ortadan kayboldu (3I-3L). Dolayısıyla CH4N2O2'ye maruz bırakılan denizanası, kontrol grubunun aksine vücut büyümesi göstermedi (3M).
Çalışmanın bir sonraki aşaması, dokunaçlardaki hücrelerin yerel çoğalmasının morfogenezlerine katkıda bulunduğu varsayımını doğrulamak amacıyla denizanasının dallanan dokunaçlarının ayrıntılı bir çalışmasıydı.
Resim No. 4: Yerel çoğalmanın denizanası dokunaçlarının büyümesi ve dallanması üzerindeki etkisi.
Genç denizanasının dokunaçlarının bir dalı vardır, ancak zamanla sayıları artar. Laboratuvar koşullarında gözlemin dokuzuncu gününde dallanma 3 kat arttı (4A и 4S).
Yine CH4N2O2 kullanıldığında dokunaçlarda herhangi bir dallanma gözlenmedi, sadece tek dallanma gözlendi (4B и 4C). CH4N2O2'nin denizanasının vücudundan çıkarılmasının, ilaç müdahalesinin geri döndürülebilirliğini gösteren dokunaçların dallanma sürecini yeniden sağlaması ilginçtir. Bu gözlemler, dokunaç gelişimi için çoğalmanın önemini açıkça göstermektedir.
Cnidarians, nematositler (cnidositler, yani cnidarians) olmadan cnidarians olmazlardı. Denizanası türü Clytia hemisphaerica'da, dokunaç soğanlarındaki kök hücreler, tam olarak hücre çoğalması nedeniyle dokunaçların uçlarına nematosist sağlar. Doğal olarak bilim insanları bu ifadeyi de test etmeye karar verdi.
Nematokistler ile çoğalma arasındaki herhangi bir bağlantıyı tespit etmek için, nematokist duvarında sentezlenen poli-γ-glutamatı (DAPI, yani 4′,6-diamidino-2-fenilindol) işaretleyebilen bir nükleer boyama boyası kullanıldı.
Poli-γ-glutamat boyama, nematositlerin boyutunu 2 ila 110 μm2 arasında tahmin etmemizi sağladı (4D-4G). Bir dizi boş nematosist de tanımlandı, yani bu tür nematositler tükendi (4D-4G).
Denizanası dokunaçlarındaki çoğalma aktivitesi, CH4N2O2 ile hücre döngüsü bloke edildikten sonra nematositlerdeki boşluklar incelenerek test edildi. İlaç müdahalesinden sonra denizanasındaki boş nematositlerin oranı kontrol grubuna göre daha yüksekti: kontrol grubundaki denizanasında %11.4 ± %2.0 ve CH19.7N2.0O4 içeren denizanasında %2 ± %2 (4D-4G и 4H). Sonuç olarak, tükenmeden sonra bile, nematositlere proliferasyon progenitör hücreleri aktif olarak beslenmeye devam eder; bu, bu sürecin yalnızca dokunaçların gelişimi üzerinde değil, aynı zamanda içlerindeki nematogenez üzerindeki etkisini de doğrular.
En ilginç aşama denizanasının yenilenme yeteneklerinin incelenmesiydi. Olgun denizanasının dokunaç soğanındaki proliferatif hücrelerin yüksek konsantrasyonu göz önüne alındığında kladonemaBilim adamları dokunaçların yenilenmesini incelemeye karar verdiler.
Resim No. 5: Çoğalma işleminin dokunaç yenilenmesi üzerindeki etkisi.
Tabandaki dokunaçların diseksiyonundan sonra bir yenilenme süreci gözlemlendi (5A-5D). İlk 24 saatte kesi bölgesinde iyileşme meydana geldi (5B). Gözlemin ikinci gününde uç uzamaya başladı ve dallar ortaya çıktı (5S). Beşinci günde dokunaç tamamen dallanmıştı (5D), bu nedenle dokunaç rejenerasyonu, uzama sonrasında normal dokunaç morfogenezini takip edebilir.
Yenilenmenin ilk aşamasını daha iyi incelemek için bilim insanları, mitotik hücreleri görselleştirmek amacıyla PH3 boyamayı kullanarak çoğalan hücrelerin dağılımını analiz etti.
Ampute alanın yakınında sıklıkla bölünen hücreler gözlenirken, mitotik hücreler kesilmemiş kontrol dokunaçlı soğanlarda dağılmıştı.5E и 5F).
Dokunaç soğanlarında bulunan PH3-pozitif hücrelerin miktarının belirlenmesi, kontrollere kıyasla ampute kişilerin dokunaç soğanlarındaki PH3-pozitif hücrelerde önemli bir artış olduğunu ortaya çıkardı (XNUMX).5G). Sonuç olarak, başlangıçtaki rejeneratif süreçlere, dokunaç soğanlarındaki hücre proliferasyonunda aktif bir artış eşlik ediyor.
Çoğalmanın rejenerasyon üzerindeki etkisi, dokunaç kesildikten sonra hücrelerin CH4N2O2 ile bloke edilmesiyle test edildi. Kontrol grubunda amputasyon sonrası dokunaç uzaması beklendiği gibi normal şekilde gerçekleşti. Ancak CH4N2O2 uygulanan grupta normal yara iyileşmesine rağmen uzama görülmedi (5H). Başka bir deyişle, iyileşme her durumda gerçekleşecektir ancak dokunaçların uygun şekilde yenilenmesi için çoğalma gereklidir.
Sonunda bilim insanları diğer denizanası türlerindeki çoğalmayı incelemeye karar verdiler. Cytaeis и Rathkea.
Resim #6: Cytaeis (solda) ve Rathkea (sağda) denizanasındaki çoğalmanın karşılaştırılması.
У Cytaeis medusa EdU-pozitif hücreler manubrium, dokunaç soğanları ve şemsiyenin üst kısmında gözlendi (6A и 6V). Tanımlanan PH3-pozitif hücrelerin konumu Cytaeis çok benzer kladonemaancak bazı farklılıklar vardır (6C и 6D). Ama şu anda Rathkea EdU-pozitif ve PH3-pozitif hücreler neredeyse yalnızca manubrium ve dokunaç soğanları bölgesinde bulundu (6E-6H).
Denizanasının böbreklerinde sıklıkla çoğalan hücrelerin tespit edilmesi de ilginçtir. Rathkea (6E-6G), bu türün aseksüel üreme tipini yansıtır.
Elde edilen bilgiler dikkate alındığında, fizyoloji ve morfoloji farklılıkları nedeniyle farklılıklar olmasına rağmen hücre çoğalmasının sadece bir denizanası türünde değil, dokunaç soğanlarında da meydana geldiği varsayılabilir.
Çalışmanın nüansları hakkında daha ayrıntılı bilgi için, şuna bakmanızı tavsiye ederim: .
Sonuç bölümü
En sevdiğim edebi karakterlerden biri Hercule Poirot'tur. Zeki dedektif, başkalarının önemsiz olduğunu düşündüğü küçük ayrıntılara her zaman özel önem verirdi. Bilim adamları, soruşturmanın tüm sorularını yanıtlamak ve "suçluyu" bulmak için bulabildikleri tüm kanıtları toplayan dedektiflere çok benzerler.
Kulağa ne kadar bariz gelse de denizanası hücrelerinin yenilenmesi, hücrelerin, dokuların ve sonuç olarak tüm organizmanın gelişimindeki tamamlayıcı bir süreç olan çoğalmayla doğrudan ilişkilidir. Bu kapsamlı sürecin daha kapsamlı bir şekilde incelenmesi, bunun altında yatan moleküler mekanizmaları daha iyi anlamamızı sağlayacak ve bu da yalnızca bilgi kapsamımızı genişletmekle kalmayacak, aynı zamanda yaşamlarımızı da doğrudan etkileyecektir.
Cuma kapalı:
Alışılmışın dışında "kızarmış yumurtalı denizanası" adı verilen bir yırtıcı hayvan tarafından rahatsız edilen Aurelia türlerinin denizanası yürüyüşü, yani. kızarmış yumurtalı denizanası (Planet Earth, seslendirme: David Attenborough).
Bu bir denizanası değil, ancak bu derin deniz canlısının (pelikana benzeyen büyük ağızlı) fotoğrafı pek sık çekilmiyor (araştırmacıların tepkisi sadece dokunaklı).
İzlediğiniz için teşekkürler, merakla kalın ve herkese harika bir hafta sonu geçirin! 🙂
Bizimle kaldığın için teşekkürler. Yazılarımızı beğeniyor musunuz? Daha ilginç içerik görmek ister misiniz? Sipariş vererek veya arkadaşlarınıza tavsiye ederek bize destek olun, Habr kullanıcıları için, bizim tarafımızdan sizin için icat ettiğimiz benzersiz bir giriş seviyesi sunucu analogunda %30 indirim: (RAID1 ve RAID10, 24 adede kadar çekirdek ve 40 GB'a kadar DDR4 ile mevcuttur).
Dell R730xd 2 kat daha mı ucuz? Sadece burada Hollanda'da! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99$'dan! Hakkında oku
Kaynak: habr.com