婚礼前愈：水母的细胞增殖和再生能力

金刚狼，死侍和水母有什么共同点？ 它们都具有惊人的功能-再生。 当然，在漫画和电影中，这种能力（在极少数实际生物中很常见）被略微（有时非常）夸大了，但仍然相当真实。 但是，东北大学（日本）的科学家决定在他们的新研究中做些什么可以解释什么是真实的。 水母体内的哪些细胞过程与再生有关，该过程如何进行，这些水母状生物还具有哪些其他超能力？ 研究小组的报告将告诉我们这一点。 走吧

学习基础

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型生物的参与下进行的：小鼠，果蝇，蠕虫，鱼等。 但是，地球上生活着数百万种生物，每种生物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的过程，并且不可能假设所研究的机制对地球上所​​有生物都是相同的。



至于水母，这些生物的出现说明了它们的独特性，这不但引起了科学家的注意。 因此，在对研究本身进行剖析之前，我已经了解了它的主要特征。

实际上，我们曾经称其为“生物”的“水母”一词实际上只是指生命周期的某个阶段，而这正是Medusozoa的一个亚型。 由于人体中存在刺细胞（肾小球细胞）而得名的人，刺细胞用于狩猎和自卫。 简而言之，当水母ung伤您时，您可以感谢这些细胞带来的痛苦。

角质细胞含有角质囊，一种负责刺激作用的细胞内细胞器。 在外观和相应的应用方法上，区分了几种类型的角突细胞，其中一种可以区分：

• 渗透剂-尖锐的线刺穿受害者或罪犯的身体，如长矛，注入神经毒素；
• 粘胶剂-包裹住受害者的粘稠而长的线（不是最令人愉快的拥抱）；
• 风险是短线，受害者容易在其中感到困惑。

这种非标准武器的事实是，水母虽然优美，但不是很灵巧的生物。 进入猎物体内的神经毒素会立即使之瘫痪，​​这使水母有大量时间午休。


成功狩猎后的水母。

除了非常规的狩猎和防御方法外，水母还具有非常非常规的繁殖方式。 雄性产生精子，雌性产生卵，卵融合后形成底部的平突（幼虫）。 一段时间后，息肉从幼虫中生长出来，幼虫从幼虫中长出来实际上就脱落了（事实上，会出芽）。 因此，生命周期有多个阶段，其中一个是水母或水母的产生。


多毛的蓝藻，也称为“狮子的鬃毛”。

如果有人问多毛的氰化物如何提高狩猎效率，它会回答-更多的触角。 它们大约有60个（在圆顶的每个角上都有15个触手的簇）。 另外，这种类型的水母被认为是最大的，因为圆顶的直径可以达到2米，狩猎时的触手可以伸展到20米。 好消息是该物种不是特别“有毒”的，因此对人类没有致命作用。

反过来，黄蜂会增加质量。 这种水母在圆顶的四个角上每个都有15个触手（长3 m），但它们的毒液比大亲虫的毒液强很多倍。 据认为，黄蜂体内的神经毒素足以在3分钟内杀死60人。 这场雷阵雨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，在澳大利亚有63人死亡，但此数据可能不准确，一个人与黄蜂之间的致命相遇次数可能会更大。 但是，根据1991-2004年的数据，在225例病例中，只有8％的受害者住院了，其中有1人死亡（3岁的孩子）。


海蜂

现在回到我们今天正在考虑的研究。

从细胞的角度来看，任何生物在整个生命中最重要的过程就是细胞增殖-细胞分裂过程中人体组织的生长过程。 在身体的成长过程中，这个过程调节着身体大小的增加。 当人体完全形成时，增殖细胞会调节细胞的生理交换，并用新的细胞代替受损的细胞。

Streliki是多细胞生物发展的双边和早期分支的相关团体，多年来一直被用于研究进化过程。 因此，在扩散方面鞠躬也不例外。 例如，在海葵Nematostella vectensis的胚胎发育过程中，细胞增殖与上皮组织协调，并参与触手的发育。


线虫线虫

众所周知，鞠躬以其再生能力而著称。 数百年来，研究人员中最受欢迎的是水息肉（一种来自水生类的淡水久坐小肠）。 垂死细胞激活的增殖触发水trigger基头的再生。 这个生物的名字暗示着一个以再生而闻名的神话生物-Lernean hydra，Hercules可以击败它。

尽管设法使再生能力与增殖有关，但仍不清楚该细胞过程在正常条件下在人体发育的不同阶段如何进行。

水母具有复杂的生命周期，包括两个繁殖阶段（植物性繁殖和有性繁殖），是研究增殖的绝佳模型。

在这项工作中，主要研究对象的角色是太平洋克氏杆菌属的水母。 该物种生活在日本沿海。 最初，这只水母有9个主要触角，它们在成长为成年后开始分支并增大大小（就像整个身体一样）。 此功能使您可以详细研究此过程中涉及的所有机制。

除了太平洋克拉德海藻外 ，该研究还检查了其他类型的水母： Cuchais uchidae和Rathkea octopunctata 。

研究成果

为了了解美杜鹃（Cladonema medusa）细胞增殖的空间模式，科学家使用了5-乙炔基-2'-脱氧尿苷（EdU）染色，该染色标记了处于S期*的细胞或已经通过它的细胞。

S期*是细胞周期中DNA复制发生的阶段。

考虑到克拉德玛氏菌的大小会显着增加，并且在发育过程中会出现触角分支（ 1A - 1C ），因此整个成熟过程中增殖细胞的分布可能会发生变化。


图片编号1：年轻的克拉德玛细胞增殖特征。

由于这个特性，有可能研究幼年（第1天）和性成熟（第45天）水母中细胞增殖的机制。

在幼小的水母中，无论暴露于EdU的时间长短（ 1D - 1K和1N - 1O ，EdU：20μM（ 24小时后）。

在飞机场中，发现了许多EdU阳性细胞（ 1F和1G ），但在雨伞中它们的分布非常均匀，尤其是在雨伞的外壳（外伞， 1H - 1K ）中。 在触手中，EdU阳性细胞强烈聚集（ 1N ）。 使用有丝分裂标记物（抗体PH3）可以验证EdU阳性细胞是否是精确增殖的细胞。 在触手的伞和鳞茎（ 1L和1P ）中均检测到PH3阳性细胞。

在触手中，有丝分裂细胞主要存在于外胚层（ 1P ），而在伞状组织中，增殖细胞位于表层（ 1M ）。


图像2：成熟的克拉德玛氏细胞增殖特征。

无论是在年轻个体中还是在成熟个体中，整个身体中都大量发现EdU阳性细胞。 在雨伞中，EdU阳性细胞在表层比在下层更常见，这与年轻人的观察结果相似（ 2A - 2D ）。

但是在触角上，情况有所不同。 EdU阳性细胞积聚在触手（鳞茎）的底部，在鳞茎的两侧均发现两个簇（ 2E和2F ）。 在年轻个体中，也观察到了类似的蓄积（ 1N ），即 触手鳞茎可能是整个类瘤期的主要增殖区。 有趣的是，在成年人的手掌中，EdU阳性细胞的数量显着大于年轻人（ 2G和2H ）。

中间结果是，细胞增殖可以在水母伞中均匀发生，而在触角中，该过程非常局限。 因此，可以认为均匀的细胞增殖可以控制人体生长和组织动态平衡，而触手鳞茎附近的增殖细胞簇参与触手的形态发生。

就这样的身体发育而言，增殖在身体的生长中起重要作用。


图3：扩散在水母体内生长的重要性。

为了在实践中对此进行测试，科学家们从年轻个体开始就追踪了水母身体的生长。 通过其圆顶来确定水母的体型是最容易的，因为它的生长均匀且与整个身体成正比。

在正常的实验室喂养下，圆顶的尺寸在最初的24小时内急剧增加了54.8％，从0.62±0.02 mm ²增至0.96±0.02 mm ² 。 在接下来的5天观察中，尺寸缓慢而平稳地增加到0.98±0.03 mm ² （ 3A - 3C ）。

来自另一组的被剥夺食物的水母没有生长，但是减少了（图3C中的红线）。 饥饿的水母的细胞分析显示，存在极少量的EdU细胞：对照组的水母中为1240.6±214.3，饥饿中的水母为33.6-133（ 3D - 3H ）。 这种观察可以直接证明营养直接影响了增殖过程。

为了验证这一假设，科学家进行了药理学分析，在此过程中，他们使用了导致G1停滞的细胞周期抑制剂羟基脲（CH ₄ N ₂ O ₂ ）来阻止细胞周期的进程。 这种干预的结果是，先前用EdU检测到的S期细胞消失了（ 3I - 3L ）。 因此，与对照组（ 3M ）相比，暴露于CH ₄ N ₂ O _2的水母没有显示出身体生长。

该研究的下一阶段是对水母的分支触角进行详细研究，以证实这种假设，即触角中细胞的局部增殖有助于其形态发生。


图4：局部增殖对水母触角生长和分支的影响。

年轻的水母的触角只有一个分支，但随着时间的流逝，它们的数量会增加。 在实验室条件下，在观察的第九天（ 4A和4C ）分支增加了3倍。

再次，当使用CH ₄ N ₂ O _2时 ，未观察到触手分支，并且仅存在一个分支（ 4B和4C ）。 奇怪的是，从海ly体内去除CH ₄ N ₂ O ₂可以恢复触手的分支过程，这表明医学干预是可逆的。 这些观察清楚地表明了增殖对触手发育的重要性。

没有线虫细胞（刺胞，即夹入细胞）的worm虫就不会是worm虫。 在半指食蟹（Clytia hemisphaerica）的水母中，触角球茎中的干状细胞正是由于细胞增殖而将线虫囊传递到触角的尖端。 自然，科学家们也决定检查这一说法。

为了检测线虫囊与增殖之间的任何联系，使用了可标记线虫囊壁中合成的聚-γ-谷氨酸的核心染色剂（DAPI，即4'，6-二mid基-2-苯基吲哚）。

聚-γ-谷氨酸的染色使我们能够估计神经细胞的大小，范围从2到110μm2（ 4D - 4G ）。 还检测到许多空的线虫囊，即，这种线虫细胞被耗尽了（ 4D - 4G ）。

通过研究CH ₄ N ₂ O ₂阻断细胞周期后，通过研究神经细胞中的空隙来验证水母触角中的增殖活性。 药物干预后海ly中空神经细胞的比例高于对照组：对照组中的海ly中11.4％±2.0％，CH ₄ N ₂ O ₂ （ 4D - 4G和4H ）的海el中19.93±2.0％。 因此，即使在耗尽后，仍继续积极地向神经细胞提供增殖祖细胞，这证实了该过程不仅对触手的发育有影响，而且对触角的新生也有影响。

最有趣的阶段是研究水母的再生能力。 考虑到成熟的克拉德玛水母触手鳞茎中增殖细胞的浓度很高，科学家决定研究触角的再生。


图5：增殖对触手再生的影响。

在触角的底部被解剖后，观察到再生过程（ 5A - 5D ）。 在最初的24小时内，伤口区域（ 5B ）愈合。 在观察的第二天，尖端开始延长并且出现分支（ 5C ）。 在第五天，触手完全分支（ 5D ），因此，触手的再生可能会在延长后跟随触手的正常形态发生。

为了更好地研究再生的初始阶段，科学家使用PH3染色分析了有丝分裂细胞，从而分析了增殖细胞的分布。

尽管经常在截肢区域附近观察到分裂细胞，但有丝分裂细胞分散在未切割的对照触手鳞茎（ 5E和5F ）中。

对触角球茎中存在的PH3阳性细胞的定量评估显示，与对照组相比，肢体截肢的个体中触角球茎中的PH3阳性细胞显着增加（ 5G ）。 结论是，最初的再生过程伴随着触手鳞茎细胞增殖的活跃增加。

切断触角后，用CH ₄ N ₂ O ₂阻断细胞，从而验证了增殖对再生的影响。 在对照组中，截肢后触手的伸展正常发生，正如预期的那样。 但是，在使用CH ₄ N ₂ O ₂的组中，尽管伤口愈合正常（ 5H ），也没有发生伸长。 换句话说，无论如何都会发生愈合，但是增殖是触手正确再生所必需的。

最后，科学家决定研究其他水母物种，即Cytaeis和Rathkea中的增殖 。


图6：Cytaeis物种（左）和Rathkea（右）的水母中增殖的比较。

在水母Cytaeis medusa中，在手掌，触手鳞茎和伞的上部（ 6A和6B ）中观察到EdU阳性细胞。 在Cytaeis中检测到的PH3阳性细胞的位置与Cladonema非常相似，但是存在一些差异（ 6C和6D ）。 但是在Rathkea中， EdU阳性和PH3阳性细胞几乎只在手掌和触手鳞茎的区域（ 6E - 6H ）被发现。

有趣的是，经常在Rathkea水母（ 6E - 6G ）的肾脏中检测到增殖细胞，这反映了该物种繁殖的无性类型。

根据所获得的信息，可以假定，触角的鳞茎中绝不会仅在一种水母中发生细胞增殖，尽管由于生理和形态的差异而存在差异。

要更详尽地了解这项研究的细微差别，建议您研究一下科学家的报告 。

结语

我最喜欢的文学人物之一是赫尔克里·波洛（Hercule Poirot）。 机敏的侦探总是特别注意那些对他人似乎并不重要的小细节。 科学家提醒许多侦探，他们收集所有证据，可以回答所有调查问题并计算出“罪魁祸首”。

不管听起来多么明显，水母细胞的再生都与增殖直接相关，增殖是细胞，组织乃至整个生物体发育的必不可少的过程。 对这一综合过程进行更细致的研究将使人们更好地理解构成这一综合过程的分子机制，这不仅将扩大我们知识的范围，而且还将直接影响我们的生活。



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