Wolverine, Deadpool và Jellyfish có điểm gì chung? Tất cả đều có một tính năng tuyệt vời - tái sinh. Tất nhiên, trong truyện tranh và phim ảnh, khả năng này, phổ biến ở một số lượng cực kỳ hạn chế các sinh vật sống có thật, được phóng đại một chút (và đôi khi rất nhiều), nhưng nó vẫn rất thực. Và điều gì là thực thì có thể giải thích được, đó là điều mà các nhà khoa học từ Đại học Tohoku (Nhật Bản) quyết định thực hiện trong nghiên cứu mới của mình. Những quá trình tế bào nào trong cơ thể sứa có liên quan đến quá trình tái sinh, quá trình này diễn ra như thế nào và những sinh vật giống thạch này có những siêu năng lực nào khác? Báo cáo của nhóm nghiên cứu sẽ cho chúng ta biết về điều này. Đi.
Cơ sở nghiên cứu
Trước hết, các nhà khoa học giải thích lý do tại sao họ quyết định tập trung sự chú ý vào loài sứa. Thực tế là hầu hết các nghiên cứu trong lĩnh vực sinh học đều được thực hiện với sự tham gia của cái gọi là sinh vật mẫu: chuột, ruồi giấm, giun, cá, v.v. Nhưng hành tinh của chúng ta là nhà của hàng triệu loài, mỗi loài đều có khả năng riêng biệt này hoặc khả năng khác. Do đó, không thể đánh giá đầy đủ quá trình tái tạo tế bào nếu chỉ nghiên cứu một loài và cho rằng cơ chế được nghiên cứu sẽ áp dụng chung cho tất cả các sinh vật trên Trái đất.
Đối với sứa, những sinh vật này, ngay từ vẻ ngoài của chúng, đã nói lên sự độc đáo của chúng, điều này không thể không thu hút sự chú ý của các nhà khoa học. Vì vậy, trước khi bắt đầu mổ xẻ nghiên cứu, tôi đã gặp được nhân vật chính của nó.
Từ “sứa”, mà chúng ta thường gọi là sinh vật này, thực ra chỉ đề cập đến giai đoạn trong vòng đời của phân loài cnidarian động vật trung gian. Người Cnidarians nhận được một cái tên khác thường như vậy do sự hiện diện của các tế bào đốt (cnidocytes) trong cơ thể họ, được sử dụng để săn bắn và tự vệ. Nói một cách đơn giản, khi bị sứa đốt, bạn có thể cảm ơn những tế bào này vì sự đau đớn và khổ sở.
Tế bào Cnidocytes chứa cnidocyst, một cơ quan nội bào chịu trách nhiệm gây ra hiệu ứng “châm chích”. Theo sự xuất hiện của chúng và theo đó, phương pháp ứng dụng, một số loại tế bào cnidocytes được phân biệt, trong đó có:
- chất xâm nhập - những sợi chỉ có đầu nhọn đâm vào cơ thể nạn nhân hoặc kẻ phạm tội như giáo, tiêm chất độc thần kinh;
- chất kết dính - những sợi chỉ dài và dính bao bọc nạn nhân (không phải cái ôm dễ chịu nhất);
- volvents là những sợi dây ngắn mà nạn nhân có thể dễ dàng bị vướng vào.
Những vũ khí phi tiêu chuẩn như vậy được giải thích là do sứa, mặc dù duyên dáng nhưng không phải là sinh vật đặc biệt nhanh nhẹn. Chất độc thần kinh xâm nhập vào cơ thể con mồi ngay lập tức làm nó tê liệt, khiến sứa có nhiều thời gian để nghỉ trưa.
Sứa sau chuyến đi săn thành công.
Ngoài phương pháp săn mồi và phòng thủ khác thường, sứa còn có cách sinh sản rất khác thường. Con đực tạo ra tinh trùng, và con cái tạo ra trứng, sau khi hợp nhất, các planulae (ấu trùng) được hình thành, lắng xuống phía dưới. Sau một thời gian, một polyp phát triển từ ấu trùng, từ đó, khi đạt đến độ trưởng thành, những con sứa non sẽ vỡ ra theo đúng nghĩa đen (trên thực tế, quá trình nảy chồi xảy ra). Vì vậy, có một số giai đoạn trong vòng đời, một trong số đó là thế hệ sứa hoặc medusoid.
Lông mao xanh hay còn gọi là bờm sư tử.
Nếu loài tảo lam có lông được hỏi làm thế nào để tăng hiệu quả săn mồi, nó sẽ trả lời - nhiều xúc tu hơn. Tổng cộng có khoảng 60 cái (cụm 15 xúc tu ở mỗi góc của mái vòm). Ngoài ra, loại sứa này được coi là lớn nhất vì đường kính của mái vòm có thể lên tới 2 mét và các xúc tu có thể kéo dài tới 20 mét trong quá trình săn mồi. May mắn thay, loài này không đặc biệt “độc” và do đó không gây tử vong cho con người.
Ngược lại, ong biển sẽ tăng thêm chất lượng cho số lượng. Loại sứa này còn có 15 xúc tu (dài 3 m) ở mỗi góc trong số 60 góc của mái vòm nhưng nọc độc của chúng mạnh gấp nhiều lần so với họ hàng lớn của nó. Người ta tin rằng ong biển có đủ chất độc thần kinh để giết chết 3 người trong 1884 phút. Cơn bão biển này sống ở vùng ven biển phía bắc Australia và New Zealand. Theo dữ liệu từ năm 1996 đến năm 63, 1991 người đã chết ở Úc, nhưng những dữ liệu này có thể không chính xác và số vụ chạm trán gây tử vong giữa con người và ong bắp cày biển có thể cao hơn nhiều. Tuy nhiên, theo số liệu năm 2004-225, trong số 8 trường hợp, chỉ có XNUMX% nạn nhân phải nhập viện, trong đó có một trường hợp tử vong (một trẻ ba tuổi).
ong biển
Bây giờ chúng ta hãy quay lại nghiên cứu mà chúng ta đang xem xét ngày hôm nay.
Từ quan điểm của tế bào, quá trình quan trọng nhất trong toàn bộ cuộc sống của bất kỳ sinh vật nào là sự tăng sinh tế bào - quá trình phát triển của các mô cơ thể thông qua quá trình tái tạo tế bào bằng cách phân chia. Trong quá trình phát triển của cơ thể, quá trình này điều chỉnh sự gia tăng kích thước cơ thể. Và khi cơ thể được hình thành đầy đủ, các tế bào tăng sinh sẽ điều hòa quá trình trao đổi sinh lý của tế bào và thay thế những tế bào bị hư hỏng bằng những tế bào mới.
Cnidarians, với tư cách là một nhóm chị em của song phương và metazoans sớm, đã được sử dụng để nghiên cứu các quá trình tiến hóa trong nhiều năm. Vì vậy, cnidarians cũng không ngoại lệ về mặt sinh sôi nảy nở. Ví dụ, trong quá trình phát triển phôi thai của hải quỳ Nematostella vectensis sự tăng sinh tế bào được phối hợp với tổ chức biểu mô và tham gia vào quá trình phát triển xúc tu.
Nematostella vectensis
Trong số những thứ khác, người cnidarians, như chúng ta đã biết, được biết đến với khả năng tái sinh. Hydra polyp (một loại coelenterates nước ngọt không cuống thuộc lớp hydroid) đã được các nhà nghiên cứu coi là phổ biến nhất trong hàng trăm năm. Sự tăng sinh, được kích hoạt bởi các tế bào sắp chết, kích hoạt quá trình tái tạo phần đầu cơ bản của hydra. Chính tên của sinh vật này ám chỉ đến một sinh vật thần thoại được biết đến với khả năng tái sinh - Lernaean Hydra, mà Hercules đã có thể đánh bại.
Mặc dù khả năng tái tạo có liên quan đến sự tăng sinh, nhưng vẫn chưa rõ chính xác quá trình tế bào này xảy ra như thế nào trong điều kiện bình thường ở các giai đoạn phát triển khác nhau của sinh vật.
Sứa, có vòng đời phức tạp bao gồm hai giai đoạn sinh sản (sinh dưỡng và hữu tính), là mô hình tuyệt vời để nghiên cứu sự tăng sinh.
Trong nghiên cứu này, vai trò của cá thể được nghiên cứu chính là loài sứa thuộc loài Cladonema pacificum. Loài này sống ngoài khơi bờ biển Nhật Bản. Ban đầu, loài sứa này có 9 xúc tu chính, chúng bắt đầu phân nhánh và tăng kích thước (giống như toàn bộ cơ thể) trong quá trình phát triển thành con trưởng thành. Tính năng này cho phép chúng tôi nghiên cứu chi tiết tất cả các cơ chế liên quan đến quá trình này.
Ngoài ra Cladonema Thái Bình Dương Nghiên cứu cũng xem xét các loại sứa khác: Cytaeis uchidae и Bạch tuộc Rathkea.
Kết quả nghiên cứu
Để hiểu mô hình không gian của sự tăng sinh tế bào ở loài Cladonema medusa, các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp nhuộm 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU), phương pháp này đánh dấu các tế bào trong Pha S* hoặc các tế bào đã vượt qua nó.
Pha S* - giai đoạn của chu kỳ tế bào trong đó xảy ra sự sao chép DNA.
Xét rằng Cladonema tăng đáng kể về kích thước và thể hiện sự phân nhánh xúc tu trong quá trình phát triển (1A-1C), sự phân bố của các tế bào tăng sinh có thể thay đổi trong suốt quá trình trưởng thành.
Hình ảnh số 1: đặc điểm tăng sinh tế bào ở Cladonema trẻ.
Nhờ đặc điểm này, có thể nghiên cứu cơ chế tăng sinh tế bào ở cả sứa non (ngày 1) và sứa trưởng thành (ngày 45).
Ở sứa non, các tế bào dương tính với EdU được tìm thấy với số lượng lớn khắp cơ thể, bao gồm rốn, manubrium (cơ quan hỗ trợ khoang miệng ở sứa) và các xúc tu, bất kể thời gian tiếp xúc với EdU (1D–1K и 1N–1O, EdU: 20 µM (micromol) sau 24 giờ).
Khá nhiều tế bào dương tính với EdU đã được tìm thấy trong manubrium (1F и 1G), nhưng trong ô sự phân bố của chúng rất đồng đều, đặc biệt là ở lớp vỏ bên ngoài của ô (ô dù, 1H-1K). Trong các xúc tu, các tế bào dương tính với EdU tập hợp thành cụm cao (1N). Việc sử dụng chất đánh dấu phân bào (kháng thể PH3) giúp xác minh rằng các tế bào dương tính với EdU là các tế bào đang tăng sinh. Các tế bào dương tính với PH3 được tìm thấy ở cả bóng dù và bóng xúc tu (1L и 1P).
Trong các xúc tu, các tế bào phân bào chủ yếu được tìm thấy ở ngoại bì (1P), trong khi ở trong chiếc ô, các tế bào tăng sinh nằm ở lớp bề mặt (1M).
Hình ảnh số 2: Đặc điểm tăng sinh tế bào ở loài Cladonema trưởng thành.
Ở cả người trẻ và người trưởng thành, tế bào dương tính với EdU được tìm thấy với số lượng lớn trên khắp cơ thể. Ở rốn, các tế bào dương tính với EdU thường được tìm thấy ở lớp bề mặt nhiều hơn ở lớp dưới, điều này tương tự như các quan sát ở cá con (2A-2D).
Nhưng ở các xúc tu, tình hình có phần khác. Các tế bào dương tính với EdU tích tụ ở gốc xúc tu (củ), nơi tìm thấy hai cụm ở hai bên của củ (2E и 2F). Ở những người trẻ tuổi, sự tích lũy tương tự cũng được quan sát thấy (1N), I E. các củ xúc tu có thể là khu vực phát triển chính trong suốt giai đoạn trung gian. Điều gây tò mò là trong manubrium của người trưởng thành, số lượng tế bào dương tính với EdU lớn hơn đáng kể so với ở người chưa trưởng thành (2G и 2H).
Kết quả trung gian là sự tăng sinh tế bào có thể xảy ra đồng đều trong ô của sứa, nhưng ở các xúc tu, quá trình này rất cục bộ. Do đó, có thể giả định rằng sự tăng sinh tế bào đồng đều có thể kiểm soát sự phát triển của cơ thể và cân bằng nội môi mô, nhưng các cụm tế bào tăng sinh gần các hành xúc tu có liên quan đến quá trình hình thành xúc tu.
Xét về bản thân sự phát triển của cơ thể, sự tăng sinh đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của cơ thể.
Hình ảnh #3: Tầm quan trọng của sự tăng sinh trong quá trình phát triển cơ thể của sứa.
Để kiểm tra điều này trong thực tế, các nhà khoa học đã theo dõi sự phát triển của cơ thể sứa, bắt đầu từ những cá thể còn non. Cách dễ nhất để xác định kích thước cơ thể của sứa là dựa vào vòm của nó, vì nó phát triển đồng đều và tỷ lệ thuận với toàn bộ cơ thể.
Khi cho ăn bình thường trong điều kiện phòng thí nghiệm, kích thước vòm tăng mạnh 54.8% trong 24 giờ đầu - từ 0.62 ± 0.02 mm2 lên 0.96 ± 0.02 mm2. Trong 5 ngày quan sát tiếp theo, kích thước tăng dần và đều lên 0.98 ± 0.03 mm2 (3А-3S).
Sứa từ nhóm khác bị thiếu thức ăn không phát triển mà nhỏ lại (đường màu đỏ trên biểu đồ 3S). Phân tích tế bào của sứa đói cho thấy sự hiện diện của một số lượng cực nhỏ tế bào EdU: 1240.6 ± 214.3 ở sứa từ nhóm đối chứng và 433.6 ± 133 ở sứa đói (3D-3H). Quan sát này có thể là bằng chứng trực tiếp cho thấy dinh dưỡng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tăng sinh.
Để kiểm tra giả thuyết này, các nhà khoa học đã tiến hành một thử nghiệm dược lý trong đó họ ngăn chặn sự phát triển của chu kỳ tế bào bằng cách sử dụng hydroxyurea (CH4N2O2), một chất ức chế chu kỳ tế bào gây ra sự bắt giữ G1. Kết quả của sự can thiệp này là các tế bào pha S được phát hiện trước đó bằng EdU đã biến mất (3I-3L). Do đó, sứa tiếp xúc với CH4N2O2 không có biểu hiện tăng trưởng cơ thể, không giống như nhóm đối chứng (3M).
Giai đoạn tiếp theo của nghiên cứu là nghiên cứu chi tiết về các xúc tu phân nhánh của sứa nhằm xác nhận giả định rằng sự tăng sinh cục bộ của các tế bào trong các xúc tu góp phần vào quá trình hình thành hình thái của chúng.
Hình ảnh số 4: Ảnh hưởng của sự tăng sinh cục bộ đến sự phát triển và phân nhánh của xúc tu sứa.
Các xúc tu của sứa non có một nhánh, nhưng số lượng của chúng tăng lên theo thời gian. Trong điều kiện phòng thí nghiệm, sự phân nhánh tăng gấp 3 lần vào ngày quan sát thứ chín (4А и 4S).
Một lần nữa, khi sử dụng CH4N2O2, không quan sát thấy sự phân nhánh của các xúc tu mà chỉ có một nhánh (4B и 4C). Điều gây tò mò là việc loại bỏ CH4N2O2 khỏi cơ thể sứa đã phục hồi quá trình phân nhánh của các xúc tu, điều này cho thấy khả năng đảo ngược của sự can thiệp của thuốc. Những quan sát này cho thấy rõ ràng tầm quan trọng của sự tăng sinh đối với sự phát triển của xúc tu.
Người Cnidarians sẽ không phải là người cnidarians nếu không có tế bào tuyến trùng (cnidocytes, tức là người cnidarians). Ở loài sứa Clytia hemisphaerica, tế bào gốc trong các hành xúc tu cung cấp tuyến trùng cho các đầu xúc tu chính xác là do sự tăng sinh của tế bào. Đương nhiên, các nhà khoa học cũng quyết định kiểm tra tuyên bố này.
Để phát hiện bất kỳ mối liên hệ nào giữa nang tuyến trùng và sự tăng sinh, người ta đã sử dụng thuốc nhuộm nhuộm hạt nhân có thể đánh dấu poly-γ-glutamate được tổng hợp trong thành nang tuyến trùng (DAPI, tức là 4′,6-diamidino-2-phenylindole).
Nhuộm poly-γ-glutamate cho phép chúng tôi ước tính kích thước của tế bào tuyến trùng, dao động từ 2 đến 110 μm2 (4D-4G). Một số tuyến trùng trống cũng đã được xác định, nghĩa là các tế bào tuyến trùng đó đã cạn kiệt (4D-4G).
Hoạt động tăng sinh ở các xúc tu của sứa đã được kiểm tra bằng cách nghiên cứu các khoảng trống trong tế bào tuyến trùng sau khi ngăn chặn chu kỳ tế bào bằng CH4N2O2. Tỷ lệ tuyến trùng rỗng ở sứa sau can thiệp thuốc cao hơn ở nhóm đối chứng: 11.4% ± 2.0% ở sứa nhóm đối chứng và 19.7% ± 2.0% ở sứa CH4N2O2 (4D-4G и 4H). Do đó, ngay cả sau khi cạn kiệt, các tế bào tuyến trùng vẫn tiếp tục được cung cấp tích cực các tế bào tiền thân tăng sinh, điều này khẳng định ảnh hưởng của quá trình này không chỉ đối với sự phát triển của các xúc tu mà còn đối với sự hình thành tuyến trùng ở chúng.
Giai đoạn thú vị nhất là nghiên cứu khả năng tái sinh của sứa. Xem xét nồng độ cao của tế bào tăng sinh trong hành xúc tu của sứa trưởng thành Cladonema, các nhà khoa học quyết định nghiên cứu khả năng tái sinh của các xúc tu.
Hình ảnh số 5: ảnh hưởng của sự tăng sinh đến quá trình tái tạo xúc tu.
Sau khi mổ xẻ các xúc tu ở gốc, một quá trình tái sinh đã được quan sát (5A–5D). Trong 24 giờ đầu, vết mổ đã lành vết thương (5B). Vào ngày quan sát thứ hai, ngọn bắt đầu dài ra và xuất hiện các nhánh (5S). Vào ngày thứ năm, xúc tu đã phân nhánh hoàn toàn (5D), do đó, quá trình tái tạo xúc tu có thể diễn ra theo hình thái xúc tu bình thường sau khi kéo dài.
Để nghiên cứu tốt hơn giai đoạn tái sinh ban đầu, các nhà khoa học đã phân tích sự phân bố của các tế bào đang tăng sinh bằng cách sử dụng phương pháp nhuộm PH3 để hình dung các tế bào phân bào.
Trong khi các tế bào phân chia thường được quan sát gần khu vực bị cắt cụt, các tế bào phân bào được phân tán trong các hành có xúc tu kiểm soát không bị cắt (5E и 5F).
Định lượng tế bào dương tính với PH3 có trong củ xúc tu cho thấy sự gia tăng đáng kể số lượng tế bào dương tính với PH3 trong củ xúc tu của người cụt chi so với đối chứng (5G). Tóm lại, các quá trình tái tạo ban đầu đi kèm với sự gia tăng tích cực sự tăng sinh tế bào trong các củ xúc tu.
Hiệu quả của sự tăng sinh đến quá trình tái sinh đã được kiểm tra bằng cách ngăn chặn tế bào bằng CH4N2O2 sau khi cắt bỏ xúc tu. Ở nhóm đối chứng, độ dài của xúc tu sau khi cắt cụt diễn ra bình thường như mong đợi. Nhưng ở nhóm được bôi CH4N2O2, hiện tượng giãn dài không xảy ra, mặc dù vết thương đang lành bình thường (5H). Nói cách khác, việc chữa lành sẽ xảy ra trong mọi trường hợp, nhưng sự tăng sinh là cần thiết để tái tạo xúc tu thích hợp.
Cuối cùng, các nhà khoa học quyết định nghiên cứu sự tăng sinh ở các loài sứa khác, cụ thể là Cytaeis и Rathkea.
Hình ảnh #6: So sánh sự tăng sinh ở sứa Cytaeis (trái) và Rathkea (phải).
У Cytaeis Các tế bào dương tính với medusa EdU đã được quan sát thấy ở cán, củ xúc tu và phần trên của ô (6А и 6V). Vị trí của các tế bào dương tính với PH3 được xác định trong Cytaeis rất giống với Cladonema, tuy nhiên có một số khác biệt (6C и 6D). Nhưng tại Rathkea Các tế bào dương tính với EdU và PH3 dương tính hầu như chỉ được tìm thấy ở khu vực của cán và củ xúc tu (6E-6H).
Điều thú vị là các tế bào tăng sinh thường được phát hiện trong thận của sứa. Rathkea (6E-6G), phản ánh kiểu sinh sản vô tính của loài này.
Dựa trên thông tin thu được, có thể giả định rằng sự tăng sinh tế bào xảy ra ở các hành xúc tu không chỉ ở một loài sứa, mặc dù có sự khác biệt do sự khác biệt về sinh lý và hình thái.
Để làm quen chi tiết hơn với các sắc thái của nghiên cứu, tôi khuyên bạn nên xem .
Phần kết
Một trong những nhân vật văn học yêu thích của tôi là Hercule Poirot. Vị thám tử sắc sảo luôn đặc biệt chú ý đến những chi tiết nhỏ mà người khác cho là không quan trọng. Các nhà khoa học rất giống các thám tử, thu thập tất cả bằng chứng họ có thể tìm thấy để trả lời tất cả các câu hỏi của cuộc điều tra và tìm ra “thủ phạm”.
Cho dù điều đó nghe có vẻ rõ ràng đến mức nào, thì việc tái tạo tế bào sứa có liên quan trực tiếp đến sự tăng sinh - một quá trình không thể thiếu trong sự phát triển của tế bào, mô và do đó là toàn bộ sinh vật. Một nghiên cứu kỹ lưỡng hơn về quá trình toàn diện này sẽ cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về các cơ chế phân tử làm nền tảng cho nó, từ đó sẽ mở rộng không chỉ phạm vi kiến thức của chúng ta mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống của chúng ta.
Thứ sáu ngoài trời:
Tháng ba của loài sứa Aurelia, bị quấy rầy bởi một kẻ săn mồi có cái tên khác thường là sứa trứng chiên, tức là. sứa trứng chiên (Hành tinh Trái đất, do David Attenborough lồng tiếng).
Nó không phải là sứa, nhưng sinh vật biển sâu này (loài miệng rộng giống bồ nông) không thường xuyên được chụp ảnh (phản ứng của các nhà nghiên cứu chỉ đơn giản là chạm vào).
Cảm ơn đã đọc, hãy tò mò và chúc các bạn cuối tuần vui vẻ! 🙂
Cảm ơn bạn đã ở với chúng tôi. Bạn có thích bài viết của chúng tôi? Bạn muốn xem nội dung thú vị hơn? Hỗ trợ chúng tôi bằng cách đặt hàng hoặc giới thiệu cho bạn bè, Giảm giá 30% cho người dùng Habr trên một máy chủ tương tự duy nhất của máy chủ cấp đầu vào do chúng tôi phát minh ra dành cho bạn: (có sẵn với RAID1 và RAID10, tối đa 24 lõi và tối đa 40GB DDR4).
Dell R730xd rẻ gấp 2 lần? Chỉ ở đây ở Hà Lan! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - từ $99! Đọc về
Nguồn: www.habr.com
