Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Hydras )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о водных животных. Для мифологического монстра см Лернейскую Гидру . Для использования в других целях, см Гидра (значения) .

Гидра
Hydra-Foto.jpg
Виды гидры
Научная классификация е
Королевство:Animalia
Тип:Книдария
Учебный класс:Hydrozoa
Заказ:Антоатеката
Семья:Hydridae
Dana, 1846 г.
Род:Гидра
Линней , 1758 г. [1]
Виды [1]

Гидра ( / ч aɪ д г ə / Г -drə ) представляет собой род мелких, пресноводные организмы филюма книдария и класс Hydrozoa . Они родом из умеренных и тропических регионов. [2] [3] Биологов особенно интересуют гидры из-за их способности к регенерации - они, кажется, не умирают от старости или вообще стареют .

Морфология [ править ]

Схематический рисунок выделяющейся нематоцисты

Hydra имеет трубчатое радиально-симметричное тело длиной до 10 мм (0,39 дюйма) в выдвинутом состоянии, закрепленное простой липкой ножкой, называемой базальным диском. Клетки железы базального диска выделяют липкую жидкость, которая определяет его адгезивные свойства.

На свободном конце тела находится ротовое отверстие, окруженное от одного до двенадцати тонких подвижных щупалец . Каждое щупальце, или книда (множественное число: cnidae), покрыто высокоспециализированными стрекательными клетками, называемыми книдоцитами . Книдоциты содержат специализированные структуры, называемые нематоцистами , которые выглядят как миниатюрные лампочки со спиральной нитью внутри. На узком внешнем крае книдоцита находится короткий волоск-спусковой механизм, называемый книдоцилом. При контакте с добычей содержимое нематоцисты взрывоопасно разряжается, стреляя похожей на дротик нитью, содержащей нейротоксины, во все, что вызвало выброс. Это может парализовать добычу, особенно если запущены сотни нематоцист.

Гидра имеет два основных слоя тела, что делает ее « диплобластической ». Слои разделены мезоглеей , гелеобразным веществом. Внешний слой - это эпидермис , а внутренний слой - гастродерма , потому что он выстилает желудок. Клетки, составляющие эти два слоя тела, относительно просты. Гидрамацин [4] - это бактерицид, недавно открытый на Гидре ; защищает внешний слой от инфекции. Одна гидра состоит из 50 000 - 100 000 клеток, которые состоят из трех определенных стволовых клеток.популяции, которые создадут много разных типов клеток. Эти стволовые клетки будут постоянно обновляться в столбе тела . [5] У гидр есть две важные структуры на теле: «голова» и «ступня». Когда Гидра разрезана пополам, каждая половина регенерирует и сформируется в маленькую Гидру ; «голова» регенерирует «ступню», а «ступня» регенерирует «голову». Если Гидру разрезать на множество сегментов, то средние части образуют и «голову», и «ногу». [6]

Дыхание и экскреция происходят путем диффузии по всей поверхности эпидермиса , тогда как более крупные экскременты выводятся через рот. [7] [8]

Нервная система [ править ]

Нервная система гидры представляет собой нервную сеть , которая структурно проста по сравнению с более сложными нервными системами животных. У гидры нет узнаваемого мозга или настоящих мышц . Нервные сети соединяют сенсорные фоторецепторы и сенсорные нервные клетки, расположенные в стенке тела и щупальцах.

Структура нервной сети имеет два уровня:

  • уровень 1 - сенсорные клетки или внутренние клетки; и,
  • уровень 2 - взаимосвязанные ганглиозные клетки, синапсированные с эпителиальными или моторными клетками.

У некоторых всего два листа нейронов . [9]

Движение и передвижение [ править ]

Гидра прикреплена к субстрату

Если гидра встревожена или атакована, щупальца могут быть втянуты в маленькие бутоны, а сам столб тела может быть втянут в небольшую студенистую сферу. Гидры обычно реагируют одинаково независимо от направления стимула, и это может быть связано с простотой нервных сетей.

Гидры, как правило, ведут оседлый или сидячий образ жизни , но иногда довольно легко передвигаются, особенно во время охоты. У них есть два различных метода передвижения - «петля» и «сальто». Они делают это, наклоняясь и прикрепляясь к субстрату с помощью рта и щупалец, а затем перемещают ступню, что обеспечивает обычное прикрепление, этот процесс называется зацикливанием. При сальто тело затем наклоняется и образует новое место прикрепления стопы. С помощью этого процесса «петли» или «кувырка» гидра может перемещаться на несколько дюймов (около 100 мм) за день. Гидра также может двигаться амебоидным движением. их оснований или путем отделения от подложки и уплывания в потоке.

Размножение и жизненный цикл [ править ]

Почкование гидры :
  1. Не воспроизводится
  2. Создание бутона
  3. Дочь растет
  4. Начало раскалывания
  5. Дочь обломилась
  6. Дочерний клон родителя

Когда пища в изобилии, многие Hydra размножаются бесполым путем почкования . Почки образуются из стенки тела, превращаются в миниатюрных взрослых особей и отламываются, когда созревают.

Когда гидра хорошо питается, новая почка может формироваться каждые два дня. [10] В суровых условиях, часто перед зимой или в плохих условиях кормления, у некоторых гидр происходит половое размножение . Припухлости стенки тела перерастают в яичники или яички. Яички выпускают в воду свободно плавающие гаметы , которые могут оплодотворить яйцеклетку в яичнике другого человека. Оплодотворенные яйца выделяют прочную внешнюю оболочку, и, когда имаго умирает (из-за голода или холода), эти отдыхающие яйца падают на дно озера или пруда в ожидании лучших условий, после чего из них вылупляются нимфы гидры . Некоторые виды гидры , такие как Hydra Circumcincta иHydra viridissima являются гермафродитами [11] и могут производить и семенники, и яичники одновременно.

Многие представители Hydrozoa претерпевают изменение тела от полипа до взрослой формы, называемой медузой , что обычно является жизненной стадией, на которой происходит половое размножение, но гидры не продвигаются дальше фазы полипа. [12]

Кормление [ править ]

Гидры в основном питаются водными беспозвоночными, такими как дафнии и циклопы .

Во время кормления гидра вытягивает свое тело на максимальную длину, а затем медленно вытягивает щупальца. Несмотря на простую конструкцию, щупальца Гидрынеобычайно растяжимы и могут в четыре-пять раз превышать длину тела. После полного раскрытия щупальца медленно маневрируют, ожидая контакта с подходящим животным-жертвой. При контакте нематоцисты на щупальце стреляют в добычу, и само щупальце обвивается вокруг добычи. В течение 30 секунд большинство оставшихся щупалец уже присоединятся к атаке, чтобы подчинить сопротивляющуюся добычу. В течение двух минут щупальца окружат добычу и переместят ее в открытое ротовое отверстие. В течение десяти минут добыча будет поглощена полостью тела, и начнется пищеварение. Гидраспособны значительно растягивать стенки своего тела, чтобы переварить добычу более чем в два раза больше своего размера. Через два-три дня неперевариваемые останки добычи будут выброшены через ротовое отверстие путем сокращений. [ необходима цитата ]

Пищевое поведение гидры демонстрирует сложность того, что кажется простой нервной системой.

Некоторые виды гидры существуют во взаимоотношениях с различными типами одноклеточных водорослей . Гидра защищает водоросли от хищников, и, в свою очередь, продукты фотосинтеза из водорослей полезны в качестве источника пищи для гидры .

Измерение отклика при кормлении [ править ]

Добавление глутатиона вызывает уменьшение разведения щупалец у гидры.

Реакция на питание у гидры индуцируется глутатионом (в частности, в восстановленном состоянии как GSH), высвобождаемым из поврежденной ткани травмированной добычи. [13] Существует несколько методов, традиционно используемых для количественной оценки отклика при кормлении. В некоторых случаях измеряется время, в течение которого рот остается открытым. [14] Другие методы основаны на подсчете количества гидры среди небольшой популяции, показывающего реакцию на кормление после добавления глутатиона. [15] Недавно был разработан тест для измерения реакции на корм у гидры. [16]В этом методе было показано, что линейное двумерное расстояние между кончиком щупальца и ртом гидры является прямой мерой степени реакции на кормление. Этот метод был подтвержден с использованием модели голодания, поскольку известно, что голод вызывает усиление реакции гидры на кормление. [16]

Регенерация тканей [ править ]

Гидра претерпевает морфаллаксис (регенерацию тканей) при травме или отрубании. Как правило, гидры размножаются, просто отпуская новую особь, почка образуется примерно на двух третях пути вниз по оси тела. Когда Гидра разрезана пополам, каждая половина регенерирует и сформируется в маленькую Гидру ; «голова» регенерирует «ступню», а «ступня» регенерирует «голову». Эта регенерация происходит без деления клеток. Если Гидру разрезать на множество сегментов, то средние части образуют и «голову», и «ногу». [6]Полярность регенерации объясняется двумя парами градиентов позиционных значений. Существует градиент активации и ингибирования как головы, так и стопы. Активация и торможение головы работают в направлении, противоположном паре градиентов стопы. [17] Доказательства этих градиентов были показаны в начале 1900-х годов в экспериментах по прививке. Было показано, что ингибиторы для обоих градиентов важны для блокирования образования почек. Место, где сформируется бутон, - это то место, где уклоны низкие как для головы, так и для стопы. [6] Гидры способны регенерироваться из кусочков ткани тела и, кроме того, после диссоциации ткани от реагрегатов. [17]

Не старение [ править ]

Даниэль Мартинес заявил в статье , опубликованной в 1998 году экспериментальной геронтологии , что Hydra являются биологически бессмертный . [18] Эта публикация широко цитируется как доказательство того, что гидры не стареют (не стареют) и что они являются доказательством существования не стареющих организмов в целом. В 2010 году Престон Эстеп опубликовал (также в « Экспериментальной геронтологии» ) письмо редактору, в котором утверждалось, что данные Мартинеса опровергают гипотезу о том, что гидры не стареют. [19]

Спорная неограниченная продолжительность жизни Гидры привлекла большое внимание ученых. Сегодняшнее исследование, похоже, подтверждает исследование Мартинеса. [20] Стволовые клетки гидры обладают способностью к неограниченному самообновлению. Фактор транскрипции « Forkhead окно вывода » (FOXO) был идентифицирован как критический водитель непрерывного самообновления Hydra . [20] В экспериментах резко снизился рост популяции в результате подавления FoxO . [20]

У билатерально-симметричных организмов ( Bilateria ) фактор транскрипции FoxO влияет на реакцию на стресс, продолжительность жизни и увеличение количества стволовых клеток. Если этот фактор транскрипции подавлен у двухсторонних модельных организмов, таких как дрозофилы и нематоды , продолжительность их жизни значительно сокращается. В экспериментах на H. vulgaris (радиально-симметричный член филума Cnidaria ), когда уровни FoxO были снижены, многие ключевые особенности гидры отрицательно влияли , но гибели гидры не наблюдали, поэтому считается, что другие факторы могут способствовать развитию очевидное отсутствие старения у этих существ. [5]

Хотя бессмертие гидры сегодня широко поддерживается, последствия для старения человека по-прежнему остаются спорными. Есть много оптимизма; [20] однако, похоже, что исследователям еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем они смогут понять, как результаты их работы могут применяться к уменьшению или устранению старения человека . [21]

Геномика [ править ]

Ортолог сравнительный анализ делается в течение последнего десятилетия показали , что Hydra разделяют как минимум 6,071 генов с людьми. Гидра становится все более совершенной модельной системой по мере появления большего количества генетических подходов. [5] Разработан проект генома от Hydra magnipapillata было сообщено в 2010 году . [22]

Геномы книдарий обычно имеют размер менее 500 МБ, как и у Hydra viridissima , размер генома которой составляет примерно 300 МБ. Напротив, размер генома бурых гидр составляет примерно 1 Гб. Это связано с тем, что геном бурой гидры является результатом события расширения с участием LINEs, типа мобильных элементов , в частности, одного семейства класса CR1. Это расширение уникально для этой подгруппы рода гидры и отсутствует у зеленой гидры, у которой есть повторяющийся ландшафт, подобный другим книдариям. Эти характеристики генома делают Гидру привлекательной для изучения видообразований и расширений генома, вызванных транспозонами. [23]

См. Также [ править ]

  • Лернейская гидра , греческое мифологическое водное существо, в честь которого назван род
  • Turritopsis dohrnii , еще один книдариец (медуза), которого ученые считают бессмертным

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Schuchert P (2011). Schuchert P (ред.). « Гидра Линней, 1758 г.» . Мировая база данных Hydrozoa . Всемирный регистр морских видов . Проверено 20 декабря 2011 года .
  2. ^ Gilberson L (1999). Руководство зоологической лаборатории (4-е изд.). Primis Custom Publishing.
  3. ^ Соломон E, Берг L, Мартин D (2002). Биология (6-е изд.). Брукс / Коул Паблишинг.
  4. ↑ Jung S, Dingley AJ, Augustin R, Anton-Erxleben F, Stanisak M, Gelhaus C, Gutsmann T, Hammer MU, Podschun R, Bonvin AM, Leippe M, Bosch TC, Grötzinger J (январь 2009 г.). «Гидрамацин-1, структура и антибактериальная активность белка гидры базальных многоклеточных животных» (PDF) . Журнал биологической химии . 284 (3): 1896–905. DOI : 10.1074 / jbc.M804713200 . PMID 19019828 . S2CID 3887876 .   [ постоянная мертвая ссылка ]
  5. ^ a b c Tomczyk S, Fischer K, Austad S, Galliot B (январь 2015 г.). «Гидра, мощная модель для изучения старения» . Размножение и развитие беспозвоночных . 59 (sup1): 11–16. DOI : 10.1080 / 07924259.2014.927805 . PMC 4463768 . PMID 26120246 .  
  6. ^ а б в Гилберт С.Ф. (2000). «Регенерация» . Биология развития (6-е изд.).
  7. ^ "Центр ресурсов микроскопии Olympus | Видеогалерея жизни пруда - Гидра (Coelenterata)" . olympus.magnet.fsu.edu . Проверено 21 сентября 2019 года .
  8. ^ Кантор, Марвин Х .; Рахат, Менахем (1982). «Регуляция дыхания и фотосинтеза у Hydra viridis и отдельных ее косимбионтов: влияние питательных веществ». Физиологическая зоология . Издательство Чикагского университета. 55 (3): 281–288. DOI : 10.1086 / physzool.55.3.30157891 . ISSN 0031-935X . JSTOR 30157891 .  
  9. ↑ Ji N, Flavell SW (апрель 2017 г.). «Гидра: визуализация нервных сетей в действии» . Текущая биология . 27 (8): R294 – R295. DOI : 10.1016 / j.cub.2017.03.040 . PMID 28441559 . 
  10. ^ Patton WK (август 2014). «Гидра (кишечнополостная)». Мультимедийная энциклопедия Гролье . Grolier Online.
  11. ^ Гольштейн Т, Р Emschermann (1995). Книдария: Hydrozoa Süsswasserfauna von Mitteleuropa. Сп 1/2 + 3 . Штутгарт: Spektrum Akademischer Verlag. ISBN 978-3-8274-0836-5.
  12. ^ Хикман, Кливленд П., младший (2019). Интегрированные принципы зоологии (Восемнадцатое изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. ISBN 978-1-260-20519-0. OCLC  1097367369 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  13. ↑ Loomis WF (октябрь 1955 г.). «Глутатион контроль специфических реакций питания гидры». Летопись Нью-Йоркской академии наук . 62 (9): 211–27. Bibcode : 1955NYASA..62..211L . DOI : 10.1111 / j.1749-6632.1955.tb35372.x .
  14. ↑ Bellis SL, Laux DC, Rhoads DE (ноябрь 1994 г.). «Аффинная очистка белков, связывающих глутатион гидры» . Письма FEBS . 354 (3): 320–4. DOI : 10.1016 / 0014-5793 (94) 01154-0 . PMID 7957948 . S2CID 29262166 .  
  15. ^ Вентурини G (1987). «Рецептор гидры GSH. Фармакологические исследования и исследования связывания радиолигандов». Сравнительная биохимия и физиология. C, Сравнительная фармакология и токсикология . 87 (2): 321–4. DOI : 10.1016 / 0742-8413 (87) 90015-6 . PMID 2888575 . 
  16. ^ a b Kulkarni R, Galande S (ноябрь 2014 г.). «Измерение реакции кормления, вызванной глутатионом у гидры» . Журнал визуализированных экспериментов (93): e52178. DOI : 10.3791 / 52178 . PMC 4354099 . PMID 25490534 .  
  17. ^ a b Fujisawa T (февраль 2003 г.). «Регенерация гидры и эпителиопептиды» . Динамика развития . 226 (2): 182–9. DOI : 10.1002 / dvdy.10221 . PMID 12557197 . S2CID 26953455 .  
  18. ↑ Мартинес DE (май 1998 г.). «Образцы смертности указывают на отсутствие старения у гидры». Экспериментальная геронтология . 33 (3): 217–25. DOI : 10.1016 / S0531-5565 (97) 00113-7 . PMID 9615920 . S2CID 2009972 .  
  19. ^ Estep PW (сентябрь 2010). «Снижение бесполого размножения свидетельствует о старении гидры: комментарий к Мартинесу Д.,« Образцы смертности указывают на отсутствие старения у гидры ». Exp Gerontol 33, 217–25». Экспериментальная геронтология . 45 (9): 645–6. DOI : 10.1016 / j.exger.2010.03.017 . PMID 20398746 . S2CID 35408542 .  
  20. ^ a b c d Бём А.М., Халтурин К., Антон-Эркслебен Ф., Хеммрих Г., Клостермайер, Калифорния, Лопес-Квинтеро Дж. А., Оберг Х. Х., Пухерт М., Розенстиль П., Виттлиб Дж., Bosch TC (ноябрь 2012 г.) «FoxO является важным регулятором поддержания стволовых клеток бессмертной гидры» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (48): 19697–702. Bibcode : 2012PNAS..10919697B . DOI : 10.1073 / pnas.1209714109 . PMC 3511741 . PMID 23150562 .  
  21. ^ "Исследование нестареющего Гидры " . Причина . FightAging.org. Ноября 2012 . Проверено 23 ноября 2012 года .
  22. ^ Чапман Дж. А., Киркнесс Э. Ф., Симаков О., Хэмпсон С. Е., Митрос Т., Вайнмайер Т. и др. (Март 2010 г.). «Динамический геном гидры» . Природа . 464 (7288): 592–6. Bibcode : 2010Natur.464..592C . DOI : 10,1038 / природа08830 . PMC 4479502 . PMID 20228792 .  
  23. ^ Вонг, Вайоминг; Симаков, О; Мост, DM; Картрайт, П; Bellantuono, AJ; Кун, А; Гольштейн, TW; Дэвид, CN; Стил, RE; Мартинес, Делавэр. «Расширение одного семейства мобильных элементов связано с увеличением размера генома и радиацией у представителей рода Hydra» . Proc Natl Acad Sci USA . 116 (46): 22915-22917. DOI : 10.1073 / pnas.1910106116 . PMID 31659034 .