يشفي قبل الزفاف: تكاثر الخلايا وقدرات تجديد قناديل البحر

ما هو القاسم المشترك بين ولفيرين وديدبول وقناديل البحر؟ كل منهم لديه ميزة مذهلة - تجديد. بالطبع ، في الرسوم الهزلية والأفلام ، هذه القدرة ، الشائعة بين عدد محدود للغاية من الكائنات الحية الحقيقية ، مبالغ فيها قليلاً (وأحياناً جداً) ، لكنها تظل حقيقية. وما هو حقيقي يمكن تفسيره بما قرره علماء من جامعة توهوكو (اليابان) في دراستهم الجديدة. ما هي العمليات الخلوية في جسم قنديل البحر المرتبطة بالتجديد ، وكيف تمضي هذه العملية ، وما هي القوى العظمى الأخرى التي تمتلكها هذه المخلوقات الشبيهة بالهلام؟ سوف يخبرنا تقرير المجموعة البحثية بهذا. دعنا نذهب.

أساس الدراسة

أولاً وقبل كل شيء ، يشرح العلماء سبب قرروا تركيز انتباههم على قناديل البحر. الحقيقة هي أن معظم الأبحاث في مجال البيولوجيا تتم بمشاركة ما يسمى بالكائنات الحية النموذجية: الفئران ، ذباب الفاكهة ، الديدان ، الأسماك ، إلخ. ولكن هناك ملايين الأنواع التي تعيش على كوكبنا ، ولكل منها قدرة فريدة أو أخرى. لذلك ، من المستحيل إجراء تقييم كامل لعملية التجديد الخلوي من خلال دراسة نوع واحد فقط ، والافتراض أن الآلية التي تمت دراستها ستكون مشتركة بين جميع الكائنات على الأرض.



أما بالنسبة لقناديل البحر ، فإن هذه المخلوقات ذات مظهرها تتحدث عن تفردها ، الذي لا يمكن إلا أن يجذب انتباه العلماء. لذلك ، قبل الشروع في تشريح الدراسة نفسها ، قابلت شخصيتها الرئيسية.

في الواقع ، تشير كلمة "قنديل البحر" ، التي اعتدنا أن نسميها مخلوقًا ، إلى مرحلة دورة الحياة فقط ، التي تنطلق من النوع الفرعي في ميدوسوزوا . الأشخاص الذين حصلوا على مثل هذا الاسم غير المعتاد بسبب وجود خلايا لاذعة (knidocyte) في الجسم ، والتي تستخدم للصيد والدفاع عن النفس. ببساطة ، عندما لدغت قنديل البحر ، يمكنك أن تشكر هذه الخلايا على الألم والمعاناة.

تحتوي Knidocytes على knidocysts ، وهي عضية داخل الخلايا مسؤولة عن تأثير اللدغة. في مظهرها ، وبالتالي طريقة التطبيق ، يتم التمييز بين عدة أنواع من خلايا knidocytes ، والتي يمكن التمييز بينها:

• المخترقون - خيوط ذات نهايات مدببة تخترق جسد الضحية أو الجاني ، مثل الرماح ، عن طريق حقن السم العصبي ؛
• الدبق - خيوط لزجة وطويلة تغلف الضحية (وليس أكثر العناق اللطيف) ؛
• volvents هي مؤشرات الترابط القصيرة التي يمكن الضحية بسهولة الخلط.

هذه الأسلحة غير القياسية بسبب حقيقة أن قناديل البحر ، على الرغم من رشيقة ، ولكن ليس مخلوقات ذكيا جدا. السم العصبي ، الذي يدخل جسم الفريسة ، يصيبه بالشلل على الفور ، مما يعطي قنديل البحر الكثير من الوقت لقضاء عطلة الغداء.


قنديل البحر بعد مطاردة ناجحة.

بالإضافة إلى الأسلوب غير العادي للصيد والدفاع ، يكون لقناديل البحر تربية غير عادية جدًا. ينتج الذكور الحيوانات المنوية ، والإناث تنتج البيض ، بعد انصهار التي تشكل حبيبات (يرقات) التي تستقر في القاع. بعد فترة من الوقت ، ينمو سليلة من اليرقة ، تنطلق حرفيا من قناديل البحر الصغيرة عند بلوغها مرحلة النضج (في الواقع ، يحدث في مهدها). وبالتالي ، هناك عدة مراحل من دورة الحياة ، واحدة منها هي قناديل البحر أو جيلفيش جيل.


سماوي مشعر ، المعروف أيضا باسم "بدة الأسد".

إذا تم سؤال السيانيد المشعر عن كيفية زيادة كفاءة الصيد ، فستجيب - أكثر مخالب. هناك حوالي 60 منهم (مجموعات من 15 مخالب في كل ركن من أركان القبة). بالإضافة إلى ذلك ، يعتبر هذا النوع من قنديل البحر هو الأكبر ، لأن قطر القبة يمكن أن يصل إلى مترين ، ويمكن أن تمتد مخالب أثناء الصيد إلى 20 متراً. الشيء الجيد هو أن هذه الأنواع ليست "سامة" بشكل خاص ، وبالتالي فهي ليست قاتلة للبشر.

دبور البحر ، بدوره ، سيضيف الجودة إلى الكمية. يحتوي هذا النوع من قناديل البحر أيضًا على 15 مخالبًا (طولها 3 أمتار) على كل ركن من أركان القبة الأربعة ، لكن سمها أقوى بعدة مرات من أقاربها الكبيرة. يُعتقد أن السم العصبي الموجود في جسم دبور البحر يكفي لقتل 60 شخصًا في 3 دقائق. تعيش هذه العاصفة الرعدية في البحار في المنطقة الساحلية لشمال أستراليا ونيوزيلندا. وفقًا للبيانات من عام 1884 إلى عام 1996 ، توفي 63 شخصًا في أستراليا ، ولكن قد تكون هذه البيانات غير دقيقة ، وقد يكون عدد اللقاءات المميتة بين شخص ودبابة بحرية أكبر بكثير. ومع ذلك ، وفقا لبيانات الفترة 1991-2004 ، من بين 225 حالة ، تم نقل 8 ٪ فقط من الضحايا إلى المستشفى ، من بينها وفاة واحدة (طفل عمره ثلاث سنوات).


دبور البحر

عاد الآن إلى الدراسة التي ندرسها اليوم.

من وجهة نظر الخلايا ، فإن العملية الأكثر أهمية في الحياة الكاملة لأي كائن حي هي تكاثر الخلايا - عملية نمو أنسجة الجسم من خلال انقسام الخلايا. أثناء نمو الجسم ، تنظم هذه العملية الزيادة في حجم الجسم. وعندما يتشكل الجسم بالكامل ، تنظم الخلايا المتكاثرة التبادل الفسيولوجي للخلايا واستبدال الخلايا التالفة بخلايا جديدة.

Streliki ، كونها مجموعة ذات صلة من الفروع الثنائية والمبكرة لتطوير الكائنات متعددة الخلايا ، استخدمت لدراسة العمليات التطورية لسنوات عديدة. لذلك الركوع ليس استثناء في جانب الانتشار. على سبيل المثال ، أثناء التطور الجنيني لنعم شقائق النعمان البحري ، يتم تنسيق تكاثر الخلايا مع تنظيم الظهارة ويشارك في تطور مخالب.


نيماتوستيلا البكتين

من بين أشياء أخرى ، الركوع ، كما نعلم بالفعل ، معروف بقدراته على التجدد. على مدى مئات السنين ، يعتبر الأكثر شهرة بين الباحثين الأورام الحميدة هيدرا (جنس من الأمعاء المستقرة في المياه العذبة من فئة الهيدروجين). التكاثر الذي تنشطه الخلايا الميتة يؤدي إلى تجديد رأس الهيدرا القاعدي. يلمح اسم هذا المخلوق ذاته إلى مخلوق أسطوري معروف بتجديده - هيدرا ليرن ، والتي يمكن أن يهزمها هرقل.

على الرغم من أن قدرات التجدد قد تم ربطها بالانتشار ، إلا أنه لا يزال من غير الواضح بالضبط كيف تسير هذه العملية الخلوية في ظل ظروف طبيعية في مراحل مختلفة من تطور الجسم.

يعتبر قنديل البحر ، الذي يحتوي على دورة حياة معقدة تتكون من مرحلتين من التكاثر (الخضري والجنسي) ، نموذجًا ممتازًا لدراسة الانتشار.

في هذا العمل ، لعبت دور الفرد الرئيسي الذي تمت دراسته بواسطة قنديل البحر من فصيلة Cladonema pacificum. هذا النوع يعيش قبالة ساحل اليابان. في البداية ، يحتوي هذا القناديل على 9 مخالب رئيسية ، والتي تبدأ في التفرع وتزداد في الحجم (مثل الجسم كله) أثناء نمو شخص بالغ. تسمح لك هذه الميزة بدراسة جميع الآليات المشاركة في هذه العملية بالتفصيل.

بالإضافة إلى Cladonema pacificum ، درست الدراسة أيضًا أنواعًا أخرى من قنديل البحر: Cytaeis uchidae و Rathkea octopunctata .

نتائج البحوث

من أجل فهم النمط المكاني لتكاثر الخلايا في Cladonema medusa ، استخدم العلماء تلطيخ 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU) ، والذي يمثل الخلايا في S-phase * أو الخلايا التي اجتازته بالفعل.

S-phase * هي مرحلة دورة الخلية التي يحدث فيها تكرار الحمض النووي.

بالنظر إلى أن Cladonema يزيد بشكل كبير في الحجم ويعرض تفرع من مخالب أثناء التنمية ( 1A - 1C ) ، قد يتغير توزيع الخلايا المتكاثرة طوال النضج.


الصورة رقم 1: ملامح انتشار الخلايا في Cladonema الشباب.

بسبب هذه الميزة ، كان من الممكن دراسة آلية تكاثر الخلايا في كل من القناديل الصغيرة (اليوم 1) والنضج الجنسي (اليوم 45).

في قنديل البحر الصغيرة ، تم العثور على خلايا إيدو الإيجابية بأعداد كبيرة في جميع أنحاء الجسم ، بما في ذلك مظلة ، manubrium (العضو الداعم للتجويف الفموي في قنديل البحر) ومخالب ، بغض النظر عن وقت التعرض للإيدو ( 1D - 1K و 1N - 1O ، EdU: 20 ميكرومتر) micromolar) بعد 24 ساعة).

في المنارة ، تم العثور على عدد غير قليل من الخلايا الإيجابية لـ EDU ( 1F و 1G ) ، ولكن في المظلة كان توزيعها منتظمًا للغاية ، لا سيما في الغلاف الخارجي للمظلة ( exumbrella ، 1H - 1K ). في مخالب ، تم تجميع خلايا إيدو الإيجابية بقوة ( 1N ). جعل استخدام علامة الانقسام الخيطي (الجسم المضاد PH3) من الممكن التحقق من أن الخلايا الإيجابية EDU هي خلايا منتشرة بدقة. تم اكتشاف خلايا PH3 الإيجابية في المظلة وفي لمبة اللامسة ( 1L و 1P ).

في مخالب ، تم العثور على الخلايا الانقسامية بشكل رئيسي في الأديم الظاهر ( 1P ) ، بينما في المظلة ، كانت الخلايا المتكاثرة تقع في الطبقة السطحية ( 1M ).


الصورة رقم 2: ملامح انتشار الخلايا في Cladonema ناضجة.

سواء في الأفراد الشباب أو في الخلايا الناضجة ، تم العثور على خلايا إيدو الإيجابية بأعداد كبيرة في جميع أنحاء الجسم. في المظلة ، تم العثور على خلايا إيدو إيجابية في الطبقة السطحية أكثر من تلك الموجودة في الطبقة السفلية ، وهو ما يشبه الملاحظات عند الأفراد الشباب ( 2A - 2D ).

ولكن في المخالب ، كان الوضع مختلفًا إلى حد ما. خلايا إيدو الإيجابية المتراكمة في قاعدة اللامسة (لمبة) ، حيث تم العثور على مجموعتين على جانبي اللمبة ( 2E و 2F ). في الأفراد الشباب ، لوحظت أيضًا تراكمات مماثلة ( 1N ) ، أي المصابيح اللامسة يمكن أن تكون منطقة الانتشار الرئيسية في جميع مراحل المرحلة المتوسطة. ومن المثير للاهتمام ، في عدد من البالغين ، كان عدد الخلايا الإيجابية EDU أكبر بكثير من الشباب ( 2G و 2H ).

والنتيجة الوسيطة هي أن تكاثر الخلايا يمكن أن يحدث بالتساوي في مظلة قنديل البحر ، وفي مخالب هذه العملية هي محلية للغاية. لذلك ، يمكن افتراض أن تكاثر الخلايا المنتظم يمكن أن يتحكم في نمو الجسم وتوازن الأنسجة ، ولكن مجموعات من الخلايا المتكاثرة بالقرب من المصابيح اللامسة تشارك في تشكل المخالب.

في جانب تطور الجسم على هذا النحو ، يلعب الانتشار دورًا مهمًا في نمو الجسم.


الصورة 3: أهمية الانتشار في نمو جسم قنديل البحر.

من أجل اختبار هذا في الممارسة العملية ، تتبع العلماء نمو جسم قنديل البحر ، بدءا من الأفراد الشباب. من الأسهل تحديد حجم جسم القناديل في قبة البحر ، حيث ينمو بشكل متساو ويتناسب مع الجسم بأكمله.

تحت التغذية المختبرية العادية ، يزداد حجم القبة بشكل كبير بنسبة 54.8 ٪ خلال الساعات الأربع والعشرين الأولى - من 0.62 ± 0.02 مم ² إلى 0.96 ± 0.02 مم ² . خلال الأيام الخمسة التالية من الملاحظات ، زاد الحجم ببطء وسلاسة إلى 0.98 ± 0.03 مم ² ( 3A - 3C ).

لم تنمو قناديل البحر من المجموعة الأخرى ، التي كانت محرومة من الطعام ، ولكنها انخفضت (الخط الأحمر على الرسم البياني 3C ). أظهر التحليل الخلوي لقناديل البحر الجائعة وجود عدد صغير للغاية من خلايا EdU: 1240.6 ± 214.3 في قنديل البحر من مجموعة التحكم و 433.6 ± 133 في الجوع ( 3D - 3H ). يمكن أن تكون هذه الملاحظة دليلًا مباشرًا على أن التغذية تؤثر بشكل مباشر على عملية الانتشار.

لاختبار هذه الفرضية ، أجرى العلماء تحليلًا صيدلانيًا قاموا خلالها بمنع تقدم دورة الخلية باستخدام هيدروكسي كارباميد (CH ₄ N ₂ O ₂ ) ، وهو مثبط دورة الخلية الذي يسبب اعتقال G1. نتيجة لهذا التدخل ، اختفت خلايا S- الطور التي تم اكتشافها مسبقًا باستخدام EdU ( 3I - 3L ). وهكذا ، لم تظهر قناديل البحر المعرضة لـ CH ₄ N ₂ O _{2 في} نمو الجسم ، على عكس المجموعة الضابطة ( 3M ).

كانت المرحلة التالية من الدراسة هي دراسة مفصلة لمخالب المتفرعة من قنديل البحر من أجل تأكيد الافتراض بأن التكاثر المحلي للخلايا في مخالب يساهم في التشكل.


شكل 4: تأثير الانتشار المحلي على نمو مخالب قنديل البحر المتفرعة.

تحتوي مخالب قناديل البحر الصغيرة على فرع واحد ، ولكن مع مرور الوقت يزيد عددهم. في الظروف المختبرية ، زاد التفريق 3 مرات في اليوم التاسع من الملاحظات ( 4A و 4 C ).

مرة أخرى ، عند استخدام CH ₄ N ₂ O ₂ ، لم يلاحظ وجود أي تفرع لمخالب ، ولم يكن هناك سوى فرع واحد ( 4B و 4 C ). من الغريب أن إزالة CH ₄ N ₂ O ₂ من جسم قنديل البحر أعادت عملية تشعب المخالب ، مما يدل على عكس التدخل الطبي. هذه الملاحظات تشير بوضوح إلى أهمية الانتشار لتطوير مخالب.

لن تكون الدودة الدبوسية الدبوسية بدون الخلايا الفطرية (الخلايا السرطانية ، أي خلايا قرصة). في قنديل البحر من فصيلة Clytia hemisphaerica ، تقوم الخلايا الجذعية الشكل في لمبات المخالب بتوصيل الأكياس الخيطية إلى أطراف المخالب على وجه التحديد بسبب تكاثر الخلايا. بطبيعة الحال ، قرر العلماء التحقق من هذا البيان أيضا.

للكشف عن أي صلة بين كيسات الديدان والانتشار ، تم استخدام وصمة عار أساسية يمكن أن تميز مادة بولي γ-glutamate التي تم تصنيعها في جدار نيماتوداست (DAPI ، على سبيل المثال 4 '، 6-diamidino-2-phenylindole).

سمح لنا تلطيخ poly-ut-glutamate بتقدير حجم الخلايا الفطرية ، والتي تتراوح من 2 إلى 110 ميكرون ² ( 4D - 4G ). تم اكتشاف عدد من الأكياس الخيطية الفارغة أيضًا ، على سبيل المثال ، تم استنفاد هذه الخلايا الخبيثة ( 4D - 4G ).

تم التحقق من نشاط الانتشار في مخالب قنديل البحر من خلال دراسة الفراغات في الخلايا الفطرية بعد عرقلة دورة الخلية بسبب CH ₄ N ₂ O ₂ . كانت نسبة الخلايا الفطرية الفارغة في قنديل البحر بعد التدخل الدوائي أعلى من المجموعة الضابطة: 11.4٪ ± 2.0٪ في قنديل البحر من المجموعة الضابطة و 19.7٪ ± 2.0٪ في قنديل البحر مع CH ₄ N ₂ O ₂ ( 4D - 4G و 4H ). لذلك ، حتى بعد النضوب ، لا تزال الخلايا النيماتوية تزود بنشاط مع الخلايا السلفية للانتشار ، مما يؤكد تأثير هذه العملية ليس فقط على تطور مخالب ، ولكن أيضا على التكوّن الفطري فيها.

كانت المرحلة الأكثر إثارة للاهتمام دراسة القدرات التجددية لقناديل البحر. نظرًا للتركيز العالي للخلايا التكاثرية في لمبة اللامسة في قنديل البحر الناضجة Cladonema ، قرر العلماء دراسة تجديد المخالب.


شكل 5: تأثير الانتشار على تجديد المخالب.

بعد تشريح المخالب في القاعدة ، لوحظت عملية تجديد ( 5A - 5D ). خلال ال 24 ساعة الأولى ، حدث الشفاء في منطقة شق ( 5B ). في اليوم الثاني من الملاحظات ، بدأت الحافة تطول وظهرت المتفرعة ( 5C ). في اليوم الخامس ، كانت اللامسة متفرعة بالكامل ( 5D ) ، وبالتالي ، فإن تجديد اللامسة قد يتبع التشكل الطبيعي للماسحة بعد الإطالة.

لدراسة أفضل للمرحلة الأولية من التجديد ، حلل العلماء توزيع الخلايا المتكاثرة باستخدام تلطيخ PH3 لتصور الخلايا الانقسامية.

في حين لوحظت الخلايا المنقسمة في كثير من الأحيان بالقرب من المنطقة المبتورة ، تم تفريق الخلايا الانقسامية في لمبات مجسات التحكم غير المصقول ( 5E و 5 F ).

وكشف تقييم كمي للخلايا إيجابية PH3 الموجودة في المصابيح من مخالب زيادة كبيرة في الخلايا إيجابية PH3 في المصابيح مخالب في الأفراد مع أطرافهم المبتورة مقارنة مع مجموعة التحكم ( 5G ). في الختام ، فإن عمليات التجديد الأولية تصاحبها زيادة نشطة في تكاثر الخلايا في المصابيح اللامسة.

تم التحقق من تأثير الانتشار على التجدد عن طريق حظر الخلايا مع CH ₄ N ₂ O ₂ بعد قطع مخالب. في المجموعة الضابطة ، حدث تمديد اللامسة بعد البتر بشكل طبيعي ، كما هو متوقع. لكن في المجموعة التي طُبقت عليها CH ₄ N ₂ O ₂ ، لم يحدث الاستطالة ، على الرغم من التئام الجروح الطبيعية ( 5H ). بمعنى آخر ، سيحدث الشفاء على أي حال ، لكن الانتشار ضروري للتجديد الصحيح للمخالب.

أخيرًا ، قرر العلماء دراسة الانتشار في الأنواع الأخرى من قنديل البحر ، وهي Cytaeis و Rathkea .


شكل 6: مقارنة الانتشار في قنديل البحر لأنواع السيتيس (يسار) وراتكيا (يمين).

في Cytaeis medusa ، لوحظ وجود خلايا إيدو إيجابية في المنبر ، والمصابيح اللامسة وفي الجزء العلوي من المظلة ( 6A و 6 B ). يشبه موقع الخلايا التي اكتشفت PH3 إيجابية في Cytaeis إلى حد بعيد Cladonema ، ومع ذلك ، هناك بعض الاختلافات ( 6C و 6 D ). ولكن في Rathkea ، تم العثور على خلايا إيدو إيجابية و PH3 إيجابية على وجه الحصر تقريبا في منطقة manubrium والمصابيح اللامسة ( 6E - 6H ).

ومن المثير للاهتمام أيضًا أن الخلايا المتكاثرة غالبًا ما تم اكتشافها في كليتي قنديل البحر Rathkea ( 6E - 6G ) ، مما يعكس نوع التكاثر اللاجنسي لهذا النوع.

في ضوء المعلومات الواردة ، يمكن افتراض أن تكاثر الخلايا يحدث في لمبات مخالب بأي حال من الأحوال في نوع واحد من قنديل البحر ، على الرغم من وجود اختلافات بسبب الاختلاف في علم وظائف الأعضاء والتشكل.

للتعرف أكثر تفصيلاً على الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بأن تنظر في تقرير العلماء .

خاتمة

أحد شخصياتي الأدبية المفضلة هي هيركول بوارو. يولي المخبر الذكي اهتمامًا خاصًا بالتفاصيل الصغيرة التي بدت غير مهمة للآخرين. يذكر العلماء الكثير من المحققين الذين يجمعون جميع الأدلة التي يمكن العثور عليها للإجابة على جميع أسئلة التحقيق وحساب "الجاني".

بغض النظر عن مدى وضوح هذا الأمر ، فإن تجديد خلايا قنديل البحر يرتبط بشكل مباشر بالانتشار - وهي عملية متكاملة في تطور الخلايا والأنسجة ، وبالتالي ، الكائن الحي بأكمله. إن إجراء دراسة أكثر دقة لهذه العملية الشاملة سوف يسمح بفهم أفضل للآليات الجزيئية التي تقوم عليها ، والتي بدورها ستوسع ليس فقط طيف معرفتنا ، بل تؤثر أيضًا بشكل مباشر على حياتنا.



شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ، خصم 30٪ لمستخدمي Habr على خادم مستوى دخول تمثيلي فريد اخترعوه لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps من 20 دولارا أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).

ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ فقط لدينا 2 من Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6 جيجا هرتز 14 جيجا بايت 64 جيجا بايت DDR4 4 × 960 جيجا بايت SSD 1 جيجابت في الثانية 100 TV من 199 دولار في هولندا! Dell R420 - 2x E5-2430 سعة 2 جيجا هرتز 6 جيجا بايت 128 جيجا بايت ذاكرة DDR3 2x960GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية 100 تيرابايت - من 99 دولارًا! اقرأ عن كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟