Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Симметрия превыше всего: как медузы восстанавливают своё тело

Утратив часть своего тела, личинки медузы аурелии не стараются отрастить её заново, но перестраивают сами себя так, чтобы вернуть  радиальную симметрию.

Способность к регенерации есть у всех живых существ, просто у кого-то  она выражена в меньшей степени (мы, например, не можем отрастить палец или ногу взамен утраченных), у кого-то – в большей (для тритонов, к примеру, восстановить ногу, глаз или какой-нибудь внутренний орган совсем не проблема). Чемпионами самовосстановления можно назвать кишечнополостных – гидр, медуз и их родственников, хотя тут всё-таки следует помнить, что устроены они заметно проще, чем те же тритоны. В исследованиях регенерации один из самых частых модельных объектов – пресноводная гидра из учебника биологии, которая после любой раны, после любого повреждения может сделать всё, как было.

Ушастая аурелия. (Фото Richard T. Nowitz / Corbis.)
Ушастая аурелия. (Фото Richard T. Nowitz / Corbis.)
Личинки медузы аурелии. (Фото Wim van Egmond / Visuals Unlimited / Corbis.)
Личинки медузы аурелии. (Фото Wim van Egmond / Visuals Unlimited / Corbis.)
Личинки медузы аурелии, которым из восьми лопастей оставляли пять (вверху) или три (внизу). За 50 часов той и другой удалось восстановить радиально-симметричную организацию тела. (Фото Michael Abrams и Ty Basinger, Caltech.)
Личинки медузы аурелии, которым из восьми лопастей оставляли пять (вверху) или три (внизу). За 50 часов той и другой удалось восстановить радиально-симметричную организацию тела. (Фото Michael Abrams и Ty Basinger, Caltech.)

Но, как оказалось, кишечнополостные не всегда «делают всё, как было». Майкл Абрамс (Michael Abrams) и его коллеги из Калифорнийского технологического института экспериментировали с личинками-эфирами медузы аурелии ушастой. Эфиры устроены проще, чем взрослые медузы: небольшое дисковидное тело с 8 двойными лопастями-выростами по краям, щупалец как таковых нет, пищеварительная система недоразвита. У личинки отрезали одну или несколько «рук»-лопастей, после чего она довольно быстро, за несколько часов, залечивала рану. Однако новой лопасти взамен утраченной не появлялось. Вместо этого эфира перестраивала тело так, чтобы стать снова симметричной – независимо от того, сколько ей оставляли «рук», семь, пять или всего лишь две.

Как известно, медузы относятся к радиально-симметричным животным: у них можно отличить верхнюю часть тела от нижней, но невозможно отделить левую сторону от правой. Двигаясь, медуза «хлопает» куполом и ротовыми лопастями (а личинка – лопастями, расположенными по краям тела), и именно симметрия в собственном строении позволяет животным двигаться в нужном направлении. Если какой из «конечностей» будет не хватать, то из-за образовавшегося пустого места нарушится гидродинамика, потоки воды при толчке будут идти не туда, и медуза не сможет управлять своими движениями. Поэтому для личинки оказывается важнее не столько заново отрастить утраченную лопасть, сколько восстановить симметричное строение тела. Более того, несимметричная эфира довольно часто, в 15% случаев, вообще не могла превратиться во взрослую медузу.

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

В статье в PNAS авторы пишут, что тело личинок перестраивалось мышечными усилиями: если в воду, где они жили, добавляли вещество, расслабляющее мышечные клетки, то симметризация происходила заметно медленнее. Наоборот, если мышцы эфиры под действием повышенной концентрации солей магния начинали сокращаться быстрее, то и симметричное строение восстанавливалось скорее.

Очевидно, всё дело тут в том, что из-за утраты лопастей механические силы в теле медузы оказывались несбалансированными, что само собой приводило к перестройке эластичного тела. При этом эфиры обходились без того, чтобы стимулировать активное деление и отмирание клеток, как оно бывает при регенеративных процессах у других животных – очевидно, механическим способом здесь можно достичь приемлемого результата без больших энергетических затрат на клеточную динамику. Личинки других видов медуз тоже оказались способны к симметризации – конечно, было бы интересно выяснить, способны ли к такому трюку взрослые медузы и другие радиально-симметричные организмы.

Полученные результаты ещё раз говорят нам о том, что морфогенез – формирование частей тела, органов и т.д. – зависит не только от молекулярно-генетических процессов, но и от сугубо физических взаимодействий между разными частями тела. Известно, что и человеческие клетки чутко реагируют на механические силы, которые порой могут оказывать решающее влияние на их клеточную судьбу; возможно, что и в медицинской регенерации наших тканей и органов можно будет добиться большего успеха, если мы обратим внимание на их «физику».

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru