金鋼狼、死侍和水母有什麼共同點？ 它們都有一個驚人的功能——再生。 當然，在漫畫和電影中，這種能力在極少數真實的生物體中很常見，雖然有些誇張（有時甚至很大），但它仍然非常真實。 真實的東西是可以解釋的，這就是日本東北大學的科學家在他們的新研究中決定要做的事。 水母體內的哪些細胞過程與再生有關，這個過程是如何進行的，這些類似果凍的生物還有哪些其他超能力？ 研究小組的報告將告訴我們這一點。 去。
研究基礎
首先，科學家解釋了為什麼他們決定將注意力集中在水母上。 事實上，生物學領域的大多數研究都是在所謂的模式生物的參與下進行的：小鼠、果蠅、蠕蟲、魚等。 但我們的星球是數百萬物種的家園，每個物種都有一種或另一種獨特的能力。 因此，不可能透過僅研究一種物種來全面評估細胞再生過程，並假設所研究的機制對於地球上的所有生物都是通用的。
至於水母，這種生物從外表就說明了它們的獨特性，這不能不引起科學家的注意。 因此，在開始剖析這項研究本身之前，我先認識了它的主角。
我們習慣這樣稱呼這種生物的「水母」一詞，其實只指刺胞動物亞型的生命週期階段 水母。 刺胞動物因其體內存在用於狩獵和自衛的刺細胞（刺細胞）而獲得瞭如此不尋常的名稱。 簡而言之，當你被水母蜇傷時，你可以感謝這些細胞帶來的痛苦和痛苦。
刺胞細胞含有刺胞囊，這是一種負責「刺痛」效應的細胞內細胞器。 根據其外觀和相應的應用方法，可區分幾種類型的刺胞細胞，其中包括：
- 滲透劑－帶有尖端的線，像長矛一樣刺穿受害者或罪犯的身體，注入神經毒素；
- 黏性物質 - 黏稠且長的線包裹著受害者（不是最令人愉快的擁抱）；
- 捲線是短線，受害者很容易被纏住。
這種非標準武器的解釋是，水母雖然優雅，但並不是特別敏捷的生物。 進入獵物體內的神經毒素會立即被麻痺，這給了水母大量的午休時間。
成功捕獵後的水母。
除了不尋常的捕獵和防禦方法外，水母的繁殖也非常不尋常。 雄性產生精子，雌性產生卵子，卵子融合後形成浮浪（幼蟲），定居在底部。 過了一段時間，幼蟲就會長出水螅體，成熟後，幼小的水母就會從水螅體中脫落（事實上，水螅體已經發芽）。 因此，生命週期有幾個階段，其中之一是水母或水母一代。
毛絲藍，又稱獅鬃毛。
如果問毛藍藻如何提高捕獵效率，它會回答—更多的觸手。 總共約有 60 個（圓頂每個角落各有 15 個觸手簇）。 此外，這種水母被認為是最大的，因為圓頂的直徑可以達到2米，捕獵時觸手可以伸展長達20米。 幸運的是，這個物種並不是特別“有毒”，因此對人類不會致命。
反過來，海黃蜂會增加數量的品質。 這種水母的圓頂四個角各有 15 根觸手（長 3 m），但它們的毒液比其大型親戚強很多倍。 據信，海蜂的神經毒素足以在60分鐘內殺死3人。 這種海洋雷暴生活在澳洲北部和紐西蘭的沿海地區。 根據1884年至1996年的數據，澳洲有63人死亡，但這些數據可能不準確，人類與海黃蜂遭遇致死的人數可能要高得多。 然而，根據1991-2004年的數據，在225起案件中，只有8%的受害者入院治療，其中包括一名死亡者（一名三歲兒童）。
海黃蜂
現在讓我們回到今天要討論的研究。
從細胞的角度來看，任何生物體整個生命中最重要的過程是細胞增殖－透過細胞分裂繁殖來生長身體組織的過程。 在身體的生長過程中，這個過程調節身體尺寸的增加。 當身體完全形成時，增殖的細胞會調節細胞的生理交換以及用新細胞取代受損細胞。
刺胞動物作為兩側對稱動物和早期後生動物的姊妹類群，多年來一直被用來研究演化過程。 因此，刺胞動物在增殖方面也不例外。 例如，在海葵的胚胎發育過程中 線蟲線蟲 細胞增殖與上皮組織協調並參與觸手的發育。
線蟲線蟲
除此之外，我們已經知道，刺胞動物以其再生能力而聞名。 數百年來，水螅息肉（水螅綱的淡水無柄腔腸動物屬）一直被認為是最受研究人員歡迎的。 由死亡細胞活化的增殖觸發了水螅基部頭部的再生過程。 這種生物的名字暗指一種以其再生能力而聞名的神話生物——勒納九頭蛇，赫拉克勒斯擊敗了它。
儘管再生能力與增殖有關，但目前尚不清楚在生物體發育的不同階段的正常條件下，這種細胞過程到底是如何發生的。
水母具有複雜的生命週期，由兩個繁殖階段（營養繁殖和有性生殖）組成，是研究繁殖的絕佳模型。
在這項工作中，主要研究個體的角色是由太平洋克拉多尼瑪水母（Cladonema pacificum）物種扮演的。 該物種生活在日本海岸附近。 最初，這種水母有 9 個主要觸手，在發育成成年期間開始分枝並增大尺寸（與整個身體一樣）。 此功能使我們能夠詳細研究此過程中涉及的所有機制。
另外 太平洋枝藻 研究也考察了其他類型的水母： 桫欏科 и 八點蟋蟀.
研究結果
為了了解水母枝細胞增殖的空間模式，科學家使用了 5-乙炔基-2'-脫氧尿苷 (EdU) 染色，該染色可標記水母中的細胞 S相* 或已經通過它的細胞。
S相* - DNA複製發生的細胞週期階段。
考慮到這一點 枝藻屬 在發育過程中尺寸急劇增加並表現出觸手分支（1A - 1C），增殖細胞的分佈可能在整個成熟過程中發生變化。
圖 1：幼齡枝藻細胞增殖的特徵。
由於此特徵，可以研究幼年（第 1 天）和性成熟（第 45 天）水母的細胞增殖機制。
在幼年水母中，無論接觸 EdU 的時間如何，在整個身體中都發現大量 EdU 陽性細胞，包括繖形花序、柄（水母口腔的支持器官）和觸手。1D - 1K и 1N - 1O，EdU：20 小時後 24 µM（微摩爾）。
在柄中發現了相當多的 EdU 陽性細胞（1F и 1G），但在雨傘中它們的分佈非常均勻，尤其是在雨傘的外殼中（外傘, 1H - 1K）。 在觸手中，EdU 陽性細胞高度聚集（1N）。 有絲分裂標記物（PH3 抗體）的使用可以驗證 EdU 陽性細胞是否為增殖細胞。 在傘和觸手球中都發現了 PH3 陽性細胞（1L и 1P).
在觸手中，有絲分裂細胞主要存在於外胚層（1P），而在傘中，增殖細胞位於表層（1M).
圖 2：成熟枝藻細胞增殖的特徵。
無論是年輕個體或成熟個體，體內都發現大量 EdU 陽性細胞。 在繖形花序中，EdU 陽性細胞更常見於表層而不是下層，這與幼魚的觀察結果相似。2A - 2D).
但在觸手處，情況卻有些不同。 EdU 陽性細胞聚集在觸手（球莖）的基部，在球莖的兩側發現了兩個細胞簇（2E и 2F）。 在年輕個體中，也觀察到類似的累積（1N）， IE。 觸手球可能是整個水母階段的主要增殖區域。 奇怪的是，在成年個體的柄中，EdU 陽性細胞的數量明顯多於青少年（2G и 2H).
中間結果是細胞增殖可以均勻地發生在水母的傘中，但在觸手中這個過程是非常局部的。 因此，可以假設均勻的細胞增殖可以控制身體生長和組織穩態，但觸手球附近的增殖細胞簇參與觸手形態發生。
就身體發育本身而言，增殖在身體生長中扮演重要角色。
圖#3：增生在水母身體生長過程中的重要性。
為了在實踐中測試這一點，科學家從幼年開始監測水母的身體生長。 最容易透過圓頂來確定水母身體的大小，因為它生長均勻且與整個身體成正比。
在實驗室條件下正常餵食時，圓頂尺寸在前 54.8 小時內急劇增加 24% - 從 0.62 ± 0.02 mm2 到 0.96 ± 0.02 mm2。 在接下來的 5 天觀察中，尺寸緩慢而平穩地增加至 0.98 ± 0.03 mm2 (3А - 3S).
另一組被剝奪食物的水母沒有生長，而是縮小（圖中紅線） 3S）。 對飢餓水母的細胞分析顯示存在極少量的 EdU 細胞：對照組水母中有 1240.6 ± 214.3 個，飢餓水母中有 433.6 ± 133 個（3D - 3H）。 這項觀察結果可能是營養直接影響增殖過程的直接證據。
為了驗證這一假設，科學家進行了一項藥理學測定，其中他們使用羥基脲（CH4N2O2）（一種導致 G1 期停滯的細胞週期抑制劑）來阻斷細胞週期進程。 由於這種幹預，先前使用 EdU 檢測到的 S 期細胞消失了（3I - 3L）。 因此，與對照組不同，暴露於 CH4N2O2 的水母沒有表現出身體生長（3M).
研究的下一階段是對水母分支觸手的詳細研究，以證實觸手中細胞的局部增殖有助於其形態發生的假設。
圖4：局部增生對水母觸手生長及分支的影響。
幼年水母的觸手只有一個分支，但隨著時間的推移，它們的數量會增加。 在實驗室條件下，觀察第九天分枝增加了 3 倍（4А и 4S).
同樣，當使用 CH4N2O2 時，沒有觀察到觸手的分支，但只有一個分支（4B и 4C）。 奇怪的是，從水母體內移除CH4N2O2卻恢復了觸手的分支過程，這顯示藥物介入的可逆性。 這些觀察結果清楚地顯示增殖對於觸手發育的重要性。
沒有線細胞（刺胞細胞，即刺胞動物），刺胞動物就不是刺胞動物。 在水母物種 Clytia hemisphaerica 中，觸手球中的幹細胞正是由於細胞增殖而向觸手尖端提供刺絲囊。 當然，科學家也決定檢驗這個說法。
為了檢測線蟲囊和增殖之間的任何联系，使用了一種核染色染料，該染料可以標記線蟲囊壁中合成的聚-γ-谷氨酸（DAPI，即4',6-二脒-2 -苯基吲哚）。
聚-γ-谷氨酸染色使我們能夠估計線蟲細胞的大小，範圍從 2 到 110 μm2（4D - 4G）。 也鑑定出許多空的線蟲囊，即此類線蟲細胞已耗盡（4D - 4G).
透過研究以 CH4N2O2 阻斷細胞週期後線母細胞中的空隙來測試水母觸手的增殖活性。 藥物介入後水母中空線細胞的比例高於對照組：對照組水母為11.4%±2.0%，CH19.7N2.0O4水母為2%±2%（4D - 4G и 4H）。 因此，即使在耗儘後，線蟲細胞仍繼續積極地提供增殖祖細胞，這證實了這個過程不僅對觸手的發育有影響，而且對其中的線蟲發生也有影響。
最有趣的階段是水母再生能力的研究。 考慮到成熟水母的觸手球內增殖細胞濃度較高 枝藻屬之後，科學家決定研究觸手的再生。
圖 5：增殖對觸手再生的影響。
解剖觸手基部後，觀察到再生過程（5A - 5D）。 在最初的 24 小時內，切口區域發生癒合（5B）。 觀察第二天，尖端開始拉長，出現分枝（5S）。 第五天，觸手完全分叉（5D），因此，觸手再生可能遵循伸長後正常的觸手形態發生。
為了更好地研究再生的初始階段，科學家使用 PH3 染色來分析增殖細胞的分佈，以視覺化有絲分裂細胞。
雖然在截肢區域附近經常觀察到分裂細胞，但有絲分裂細胞分散在未切割的對照觸手球中。5E и 5F).
觸手球中存在的 PH3 陽性細胞的定量顯示，與對照組相比，截肢者的觸手球中 PH3 陽性細胞顯著增加（5G）。 總之，最初的再生過程伴隨著觸手球中細胞增殖的活躍增加。
透過切斷觸手後用CH4N2O2封閉細胞來測試增殖對再生的影響。 在對照組中，截肢後觸手伸長正常，如預期的。 但在使用 CH4N2O2 的組別中，儘管傷口正常癒合，但並未發生伸長（5H）。 換句話說，無論如何，癒合都會發生，但增殖對於觸手的正確再生是必要的。
最後，科學家決定研究其他水母物種的增殖，即 西泰斯 и 拉斯克亞.
圖#6：Cytaeis（左）和 Rathkea（右）水母的增殖比較。
У 西泰斯 在柄、觸手球和傘的上部觀察到水母 EdU 陽性細胞（6А и 6V）。 已鑑定的 PH3 陽性細胞的位置 西泰斯 非常類似 枝藻屬，但是存在一些差異（6C и 6D）。 但在 拉斯克亞 EdU 陽性和 PH3 陽性細胞幾乎全部發現於柄和觸手球區域（6E - 6H).
同樣有趣的是，在水母的腎臟中經常檢測到增殖細胞 拉斯克亞 (6E - 6G），反映了該物種的無性繁殖類型。
考慮到所獲得的信息，可以假設細胞增殖不僅發生在一種水母的觸手球中，儘管由於生理和形態的差異而存在差異。
為了更詳細地了解這項研究的細微差別，我建議看看 .
尾聲
我最喜歡的文學人物之一是赫爾克里·波洛。 精明的偵探總是特別注意別人認為不重要的小細節。 科學家很像偵探，收集他們能找到的所有證據來回答調查的所有問題並找出「罪魁禍首」。
不管聽起來多麼明顯，水母細胞的再生與增殖直接相關，增殖是細胞、組織甚至整個生物體發育中不可或缺的過程。 對這一綜合過程進行更深入的研究將使我們更好地理解其背後的分子機制，這不僅會擴大我們的知識範圍，而且會直接影響我們的生活。
週五關閉：
奧裡利亞水母的遊行，受到一種不尋常名稱“煎蛋水母”的捕食者的干擾，即“煎蛋水母”。 煎蛋水母（《地球脈動》，大衛·阿滕伯勒配音）。
它不是水母，但這種深海生物（類似鵜鶘的大口）並不常被拍攝到（研究人員的反應簡直令人感動）。
感謝收看，保持好奇心，祝大家週末愉快！ 🙂
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來源： www.habr.com