金刚狼、死侍和水母有什么共同点？ 它们都有一个惊人的功能——再生。 当然，在漫画和电影中，这种能力在极其有限的真实生物体中很常见，虽然有些夸张（有时甚至很大），但它仍然非常真实。 真实的东西是可以解释的，这就是日本东北大学的科学家在他们的新研究中决定要做的事情。 水母体内的哪些细胞过程与再生有关，这个过程是如何进行的，这些类似果冻的生物还有哪些其他超能力？ 研究小组的报告将告诉我们这一点。 去。
研究基础
首先，科学家解释了为什么他们决定将注意力集中在水母上。 事实上，生物学领域的大多数研究都是在所谓的模式生物的参与下进行的：小鼠、果蝇、蠕虫、鱼等。 但我们的星球是数百万物种的家园，每个物种都有一种或另一种独特的能力。 因此，不可能仅通过研究一种物种来全面评估细胞再生过程，并假设所研究的机制对于地球上的所有生物都是通用的。
至于水母，这种生物从外表上就说明了它们的独特性，这不能不引起科学家的注意。 因此，在开始剖析这项研究本身之前，我先认识了它的主角。
我们习惯这样称呼这种生物的“水母”一词，实际上仅指刺胞动物亚型的生命周期阶段 水母。 刺胞动物因其体内存在用于狩猎和自卫的刺细胞（刺细胞）而获得了如此不寻常的名称。 简而言之，当你被水母蜇伤时，你可以感谢这些细胞带来的痛苦和痛苦。
刺胞细胞含有刺胞囊，这是一种负责“刺痛”效应的细胞内细胞器。 根据其外观和相应的应用方法，可区分几种类型的刺胞细胞，其中包括：
- 渗透剂——带有尖端的线，像长矛一样刺穿受害者或罪犯的身体，注入神经毒素；
- 粘性物质 - 粘稠且长的线包裹着受害者（不是最令人愉快的拥抱）；
- 卷线是短线，受害者很容易被缠住。
这种非标准武器的解释是，水母虽然优雅，但并不是特别敏捷的生物。 进入猎物体内的神经毒素会立即使其麻痹，这给了水母大量的午休时间。
成功捕猎后的水母。
除了不寻常的捕猎和防御方法外，水母的繁殖也非常不寻常。 雄性产生精子，雌性产生卵子，卵子融合后形成浮浪（幼虫），定居在底部。 过了一段时间，幼虫就会长出水螅体，成熟后，幼小的水母就会从水螅体中脱落（事实上，水螅体已经发芽）。 因此，生命周期有几个阶段，其中之一是水母或水母一代。
毛丝蓝，又名狮鬃毛。
如果问毛蓝藻如何提高捕猎效率，它会回答——更多的触手。 总共约有 60 个（圆顶每个角各有 15 个触手簇）。 此外，这种水母被认为是最大的，因为圆顶的直径可以达到2米，捕猎时触手可以伸展长达20米。 幸运的是，这个物种并不是特别“有毒”，因此对人类不会致命。
反过来，海黄蜂会增加数量的质量。 这种水母的圆顶四个角各有 15 根触手（长 3 m），但它们的毒液比其大型亲戚强很多倍。 据信，海蜂的神经毒素足以在60分钟内杀死3人。 这种海洋雷暴生活在澳大利亚北部和新西兰的沿海地区。 根据1884年至1996年的数据，澳大利亚有63人死亡，但这些数据可能不准确，人类与海黄蜂遭遇致死的人数可能要高得多。 然而，根据1991-2004年的数据，在225起案件中，只有8%的受害者入院治疗，其中包括一名死亡者（一名三岁儿童）。
海黄蜂
现在让我们回到今天要讨论的研究。
从细胞的角度来看，任何生物体整个生命中最重要的过程是细胞增殖——通过细胞分裂繁殖来生长身体组织的过程。 在身体的生长过程中，这个过程调节身体尺寸的增加。 当身体完全形成时，增殖的细胞会调节细胞的生理交换以及用新细胞替换受损细胞。
刺胞动物作为两侧对称动物和早期后生动物的姐妹类群，多年来一直被用来研究进化过程。 因此，刺胞动物在增殖方面也不例外。 例如，在海葵的胚胎发育过程中 线虫线虫 细胞增殖与上皮组织协调并参与触手的发育。
线虫线虫
除此之外，我们已经知道，刺胞动物以其再生能力而闻名。 数百年来，水螅息肉（水螅纲的淡水无柄腔肠动物属）一直被认为是最受研究人员欢迎的。 由死亡细胞激活的增殖触发了水螅基部头部的再生过程。 这种生物的名字暗指一种以其再生能力而闻名的神话生物——勒纳九头蛇，赫拉克勒斯击败了它。
尽管再生能力与增殖有关，但目前尚不清楚在生物体发育的不同阶段的正常条件下，这种细胞过程到底是如何发生的。
水母具有复杂的生命周期，由两个繁殖阶段（营养繁殖和有性繁殖）组成，是研究繁殖的绝佳模型。
在这项工作中，主要研究个体的角色是由太平洋克拉多尼玛水母（Cladonema pacificum）物种扮演的。 该物种生活在日本海岸附近。 最初，这种水母有 9 个主要触手，在发育成成年期间开始分枝并增大尺寸（与整个身体一样）。 此功能使我们能够详细研究此过程中涉及的所有机制。
除了 太平洋枝藻 该研究还考察了其他类型的水母： 桫椤科 и 八点蟋蟀.
研究结果
为了了解水母枝细胞增殖的空间模式，科学家们使用了 5-乙炔基-2'-脱氧尿苷 (EdU) 染色，该染色可标记水母中的细胞 S相* 或已经通过它的细胞。
S相* - DNA复制发生的细胞周期阶段。
鉴于 枝藻属 在发育过程中尺寸急剧增加并表现出触手分支（1A - 1C），增殖细胞的分布可能在整个成熟过程中发生变化。
图片 1：幼龄枝藻细胞增殖的特征。
由于这一特征，可以研究幼年（第 1 天）和性成熟（第 45 天）水母的细胞增殖机制。
在幼年水母中，无论接触 EdU 的时间如何，在整个身体中都发现大量 EdU 阳性细胞，包括伞形花序、柄（水母口腔的支持器官）和触手。1D–1K и 1N–1O，EdU：20 小时后 24 µM（微摩尔）。
在柄中发现了相当多的 EdU 阳性细胞（1F и 1G），但在雨伞中它们的分布非常均匀，尤其是在雨伞的外壳中（外伞, 1H - 1K）。 在触手中，EdU 阳性细胞高度聚集（1N）。 有丝分裂标记物（PH3 抗体）的使用可以验证 EdU 阳性细胞是否为增殖细胞。 在伞和触手球中都发现了 PH3 阳性细胞（1L и 1P).
在触手中，有丝分裂细胞主要存在于外胚层中（1P），而在伞中，增殖细胞位于表层（1M).
图片 2：成熟枝藻细胞增殖的特征。
无论是年轻个体还是成熟个体，体内都发现大量 EdU 阳性细胞。 在伞形花序中，EdU 阳性细胞更常见于表层而不是下层，这与幼鱼中的观察结果相似。2A - 2D).
但在触手处，情况却有些不同。 EdU 阳性细胞聚集在触手（球茎）的基部，在球茎的两侧发现了两个细胞簇（2E и 2F）。 在年轻个体中，也观察到类似的积累（1N）， IE。 触手球可能是整个水母阶段的主要增殖区域。 奇怪的是，在成年个体的柄中，EdU 阳性细胞的数量明显多于青少年（2G и 2H).
中间结果是细胞增殖可以均匀地发生在水母的伞中，但在触手中这个过程是非常局部的。 因此，可以假设均匀的细胞增殖可以控制身体生长和组织稳态，但触手球附近的增殖细胞簇参与触手形态发生。
就身体发育本身而言，增殖在身体生长中起着重要作用。
图片#3：增殖在水母身体生长过程中的重要性。
为了在实践中测试这一点，科学家们从幼年开始监测水母的身体生长。 最容易通过圆顶来确定水母身体的大小，因为它生长均匀且与整个身体成正比。
在实验室条件下正常喂养时，圆顶尺寸在前 54.8 小时内急剧增加 24% - 从 0.62 ± 0.02 mm2 到 0.96 ± 0.02 mm2。 在接下来的 5 天观察中，尺寸缓慢而平稳地增加至 0.98 ± 0.03 mm2 (3А - 3S).
另一组被剥夺食物的水母没有生长，而是缩小（图中红线） 3S）。 对饥饿水母的细胞分析表明存在极少量的 EdU 细胞：对照组水母中有 1240.6 ± 214.3 个，饥饿水母中有 433.6 ± 133 个（3D - 3H）。 这一观察结果可能是营养直接影响增殖过程的直接证据。
为了验证这一假设，科学家们进行了一项药理学测定，其中他们使用羟基脲（CH4N2O2）（一种导致 G1 期停滞的细胞周期抑制剂）来阻断细胞周期进程。 由于这种干预，之前使用 EdU 检测到的 S 期细胞消失了（3I - 3L）。 因此，与对照组不同，暴露于 CH4N2O2 的水母没有表现出身体生长（3M).
研究的下一阶段是对水母分支触手的详细研究，以证实触手中细胞的局部增殖有助于其形态发生的假设。
图4：局部增殖对水母触手生长和分支的影响。
幼年水母的触手只有一个分支，但随着时间的推移，它们的数量会增加。 在实验室条件下，观察第九天分枝增加了 3 倍（4А и 4S).
同样，当使用 CH4N2O2 时，没有观察到触手的分支，但只有一个分支（4B и 4C）。 奇怪的是，从水母体内去除CH4N2O2后，触手的分支过程得以恢复，这表明药物干预的可逆性。 这些观察结果清楚地表明增殖对于触手发育的重要性。
没有线细胞（刺胞细胞，即刺胞动物），刺胞动物就不是刺胞动物。 在水母物种 Clytia hemisphaerica 中，触手球中的干细胞正是由于细胞增殖而向触手尖端提供刺丝囊。 当然，科学家们也决定检验这一说法。
为了检测线虫囊和增殖之间的任何联系，使用了一种核染色染料，该染料可以标记线虫囊壁中合成的聚-γ-谷氨酸（DAPI，即4',6-二脒-2-苯基吲哚）。
聚-γ-谷氨酸染色使我们能够估计线虫细胞的大小，范围从 2 到 110 μm2（4D - 4G）。 还鉴定出许多空的线虫囊，即此类线虫细胞已耗尽（4D - 4G).
通过研究用 CH4N2O2 阻断细胞周期后线母细胞中的空隙来测试水母触手的增殖活性。 药物干预后水母中空线细胞的比例高于对照组：对照组水母为11.4%±2.0%，CH19.7N2.0O4水母为2%±2%（4D - 4G и 4H）。 因此，即使在耗尽后，线虫细胞仍继续积极地提供增殖祖细胞，这证实了这一过程不仅对触手的发育有影响，而且对其中的线虫发生也有影响。
最有趣的阶段是对水母再生能力的研究。 考虑到成熟水母的触手球内增殖细胞浓度较高 枝藻属之后，科学家决定研究触手的再生。
图 5：增殖对触手再生的影响。
解剖触手基部后，观察到再生过程（5A–5D）。 在最初的 24 小时内，切口区域发生愈合（5B）。 观察第二天，尖端开始拉长，出现分枝（5S）。 第五天，触手完全分叉（5D），因此，触手再生可能遵循伸长后正常的触手形态发生。
为了更好地研究再生的初始阶段，科学家们使用 PH3 染色来分析增殖细胞的分布，以可视化有丝分裂细胞。
虽然在截肢区域附近经常观察到分裂细胞，但有丝分裂细胞分散在未切割的对照触手球中。5E и 5F).
对触手球中存在的 PH3 阳性细胞的定量显示，与对照组相比，截肢者的触手球中 PH3 阳性细胞显着增加（5G）。 总之，最初的再生过程伴随着触手球中细胞增殖的活跃增加。
通过切断触手后用CH4N2O2封闭细胞来测试增殖对再生的影响。 在对照组中，截肢后触手伸长正常，正如预期的那样。 但在使用 CH4N2O2 的组中，尽管伤口正常愈合，但并未发生伸长（5H）。 换句话说，无论如何，愈合都会发生，但增殖对于触手的正确再生是必要的。
最后，科学家决定研究其他水母物种的增殖，即 西泰斯 и 拉斯克亚.
图片#6：Cytaeis（左）和 Rathkea（右）水母的增殖比较。
У 西泰斯 在柄、触手球和伞的上部观察到水母 EdU 阳性细胞（6А и 6V）。 已鉴定的 PH3 阳性细胞的位置 西泰斯 非常类似于 枝藻属，但是存在一些差异（6C и 6D）。 但在 拉斯克亚 EdU 阳性和 PH3 阳性细胞几乎全部发现于柄和触手球区域（6E - 6H).
同样有趣的是，在水母的肾脏中经常检测到增殖细胞 拉斯克亚 (6E - 6G），反映了该物种的无性繁殖类型。
考虑到所获得的信息，可以假设细胞增殖不仅发生在一种水母的触手球中，尽管由于生理和形态的差异而存在差异。
为了更详细地了解这项研究的细微差别，我建议查看 .
结语
我最喜欢的文学人物之一是赫尔克里·波洛。 精明的侦探总是特别注意别人认为不重要的小细节。 科学家很像侦探，收集他们能找到的所有证据来回答调查的所有问题并找出“罪魁祸首”。
不管听起来多么明显，水母细胞的再生与增殖直接相关，增殖是细胞、组织乃至整个生物体发育中不可或缺的过程。 对这一综合过程进行更深入的研究将使我们更好地理解其背后的分子机制，这不仅会扩大我们的知识范围，而且会直接影响我们的生活。
周五非顶：
奥里利亚水母的游行，受到一种不寻常名称“煎蛋水母”的捕食者的干扰，即“煎蛋水母”。 煎蛋水母（《地球脉动》，大卫·阿滕伯勒配音）。
它不是水母，但这种深海生物（类似鹈鹕的大口）并不经常被拍摄到（研究人员的反应简直令人感动）。
感谢您的阅读，保持好奇心，祝大家周末愉快！ 🙂
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来源： habr.com