Гидра (род) - Википедия - Hydra (genus)

Эта статья о водных животных. Для мифологического монстра см. Лернейская гидра. Для использования в других целях см. Гидра (значения).

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

Гидра (/ˈчасаɪdрə/ час-ГЛАЗ-drə ) это род мелких пресноводных организмов типа Книдария и класс Hydrozoa. Они родом из умеренных и тропических регионов.[2][3] Биологов особенно интересуют Гидра из-за их регенеративная способность - они не кажутся умирающими от старости или даже возраст вообще.

Морфология

Схематический рисунок выделяющейся нематоцисты

Гидра имеет трубчатую, радиально симметричный тело длиной до 10 мм (0,39 дюйма) в разложенном 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 одной до двенадцати тонких подвижных щупальца. Каждое щупальце, или книда (множественное число: cnidae), покрыто узкоспециализированными стрекательными клетками, называемыми книдоциты. Книдоциты содержат специализированные структуры, называемые нематоцисты, которые выглядят как миниатюрные лампочки с витой нитью внутри. На узком внешнем крае книдоцита находится короткий волоск-спусковой механизм, называемый книдоцилом. При контакте с добычей содержимое нематоцисты взрывоопасно выбрасывается, стреляя похожей на дротик нитью, содержащей нейротоксины во все, что спровоцировало освобождение. Это может парализовать добычу, особенно если запущены сотни нематоцист.

Гидра имеет два основных слоя тела, что делает его диплобластический. Слои разделены мезоглея, гелеобразное вещество. Внешний слой - это эпидермис, а внутренний слой называется гастродерма, потому что это выстилает живот. Клетки, составляющие эти два слоя тела, относительно просты. Гидрамацин[4] это бактерицид недавно обнаруженный в Гидра; защищает внешний слой от инфекции. Один Гидра состоит из 50 000 - 100 000 ячеек, которые состоят из трех конкретных стволовая клетка популяции, которые создадут много разных типов клеток. Эти стволовые клетки будут постоянно обновляться в колонке тела..[5] Hydras имеют две важные структуры на теле: «голову» и «ступню». Когда Гидра разрезан пополам, каждая половина будет регенерироваться и превратиться в небольшой Гидра; «голова» регенерирует «ступню», а «ступня» регенерирует «голову». Если Гидра нарезается на множество сегментов, тогда средние кусочки образуют и «голову», и «ступню».[6]

Дыхание и экскреция происходят распространение по всей поверхности эпидермис, в то время как более крупные экскременты выводятся через рот.[7][8]

Нервная система

Нервная система Гидра это нервная сеть, который конструктивно прост по сравнению с более производный нервная система животных. Гидра не имеет узнаваемого мозг или правда мышцы. Нервные сети соединяют сенсорное фоторецепторы и чувствительные к прикосновению 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 есть только два листа нейроны.[9]

Движение и передвижение

Гидра прикреплен к подложке

Если Гидра встревожены или атакованы, щупальца могут быть втянуты в маленькие бутоны, а сам столб тела может быть втянут в небольшую студенистую сферу. Гидра обычно реагируют одинаково независимо от направления раздражителя, и это может быть связано с простотой нервных сетей.

Гидра обычно сидячий или же сидячий, 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 субстрат со ртом и щупальцами, а затем переместите ступню, которая обеспечивает обычное прикрепление, этот процесс называется зацикливанием. При сальто тело затем наклоняется и образует новое место прикрепления стопы. С помощью этого процесса "петли" или "сальто" Гидра может двигаться на несколько дюймов (около 100 мм) за день. Гидра может также двигаться амебовидное движение их оснований или путем отделения от подложки и уплывания в потоке.

Размножение и жизненный цикл

Гидра подающий надежды:
  1. Не воспроизводится
  2. Создание бутона
  3. Дочь растет
  4. Начало раскалывания
  5. Дочь обломилась
  6. Дочь клон родителей

Когда еды много, многие Гидра размножаться бесполым путем к подающий надежды. 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, половое размножение встречается в некоторых Гидра. Припухлости стенки тела перерастают в яичники или яички. Яички выпускают свободное плавание гаметы в воду, и они 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. Гидра. Немного Гидра виды, как Гидра огибающая и Hydra viridissima, находятся гермафродиты[11] и может производить и яички, и яичники одновременно.

Многие члены Hydrozoa пройти через смену тела из полип к взрослой форме, называемой медуза, на котором обычно происходит половое размножение, но Гидра не продвигаются дальше фазы полипа.[12]

Кормление

Гидра в основном питаются водными беспозвоночными, такими как Дафния и Циклоп.

Во время кормления, Гидра вытяни их тело до максимальной длины, а затем медленно вытягивай щупальца. Несмотря на простоту конструкции, щупальца Гидра необычайно растяжимы и могут в четыре-пять раз превышать длину тела. После полного вытягивания 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. Гидра способны 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.[нужна цитата ]

Пищевое поведение Гидра демонстрирует изощренность того, что кажется простой нервной системой.

Некоторые виды Гидра существовать в взаимоотношения с различными видами одноклеточных водоросли. Водоросли защищены от хищников Гидра и взамен фотосинтетический продукты из водорослей полезны как источник пищи для Гидра.

Измерение отклика при кормлении

Добавление глутатиона вызывает уменьшение разведения щупалец у гидры.

Реакция кормления в Гидра индуцируется глутатион (в частности, в восстановленном состоянии как GSH) высвобождается из поврежденной ткани раненой жертвы.[13] Существует несколько методов, обычно используемых для количественной оценки реакции на кормление. В некоторых случаях измеряется время, в течение которого рот остается открытым.[14] Другие методы полагаются на подсчет количества Гидра среди небольшой популяции, показывающей реакцию кормления после добавления глутатиона.[15] Недавно был разработан метод измерения отклика 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 проверен с использованием модели голодания, так как известно, что голод вызывает улучшение Гидра реакция кормления.[16]

Регенерация тканей

Гидра подвергается морфаллаксис (регенерация тканей) при травме или разрыве. Обычно Hydras будет воспроизводиться, просто отпустив новую особь, почка появится примерно на двух третях пути вниз по оси тела. Когда Гидра разрезан пополам, каждая половина будет регенерироваться и превратиться в небольшой Гидра; «голова» регенерирует «ступню», а «ступня» регенерирует «голову». Эта регенерация происходит без деления клеток. Если Гидра нарезан на множество сегментов, тогда средние кусочки образуют и «голову», и «ступню».[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 продемонстрированы 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] Hydras способны регенерировать из кусочков ткани тела и дополнительно после диссоциации ткани от реагрегатов.[17]

Не старение

Даниэль Мартинес утверждал в статье 1998 г. Экспериментальная геронтология который Гидра находятся биологически бессмертный.[18] Эта публикация широко цитируется как доказательство того, что Гидра не стареть (не стареют), и что они в целом являются доказательством существования не стареющих организмов. В 2010, Престон Эстеп опубликовано (также в Экспериментальная геронтология) письмо в редакцию, в котором утверждается, что данные Мартинеса опровергают гипотезу о том, что Гидра не стареют.[19]

Спорная неограниченная продолжительность жизни Гидра привлекла большое внимание ученых. Сегодняшнее исследование, похоже, подтверждает исследование Мартинеса.[20] Гидра стволовые клетки обладают способностью к неограниченному самообновлению. В фактор транскрипции "вилка коробка O "(FoxO) был определен как важнейший фактор непрерывного самообновления Гидра.[20] В экспериментах было отмечено резкое снижение роста популяции в результате применения FoxO понижающее регулирование.[20]

У двусторонне симметричных организмов (Bilateria ), фактор транскрипции FoxO влияет на стрессовую реакцию, продолжительность жизни и увеличение стволовых клеток. Если этот фактор транскрипции подавлен у билатерианских модельных организмов, таких как плодовые мошки и нематоды, срок их жизни значительно сокращается. В экспериментах на H. vulgaris (радиально-симметричный член филума Книдария ), когда уровни FoxO были снижены, многие ключевые особенности Гидра, но смерти не наблюдалось, поэтому считается, что другие факторы могут способствовать очевидному отсутствию старения у этих существ.[5]

Пока Гидра бессмертие сегодня широко поддерживается, последствия для старения человека все еще 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 сокращению или устранению человеческое старение.[21]

Геномика

An ортолог сравнительный анализ, проведенный за последнее десятилетие, показал, что Гидра поделиться минимум 6 071 гены с людьми. Гидра становится все более совершенной модельной системой по мере появления большего количества генетических подходов.[5] Проект геном из Hydra magnipapillata был сообщили в 2010 году.[22]

Смотрите также

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

Рекомендации

  1. ^ а б Шухерт П. (2011). Schuchert P (ред.). "Гидра Линней, 1758 г. ". Мировая база данных Hydrozoa. Всемирный регистр морских видов. Получено 20 декабря 2011.
  2. ^ Гилберсон Л (1999). Руководство зоологической лаборатории (4-е изд.). Primis Custom Publishing.
  3. ^ Соломон Э., Берг Л., Мартин Д. (2002). Биология (6-е изд.). Брукс / Коул Паблишинг.
  4. ^ Юнг С., Дингли А.Дж., Августин Р., Антон-Эркслебен Ф., Станисак М., Гельхаус С., Гутсманн Т., Хаммер М.Ю., Подшун Р., Бонвин А.М., Лейппе М., Bosch TC, Гретцингер Дж. (Январь 2009 г.). «Гидрамацин-1, структура и антибактериальная активность белка гидры базальных многоклеточных животных» (PDF). Журнал биологической химии. 284 (3): 1896–905. Дои:10.1074 / jbc.M804713200. PMID  19019828. S2CID  3887876.[постоянная мертвая ссылка ]
  5. ^ а б c Томчик С., Фишер К., Остад С., Галлиот Б. (январь 2015 г.). «Гидра, мощная модель для изучения старения». Размножение и развитие беспозвоночных. 59 (sup1): 11–16. Дои:10.1080/07924259.2014.927805. ЧВК  4463768. PMID  26120246.
  6. ^ а б c Гилберт С.Ф. (2000). «Регенерация». Биология развития (6-е изд.).
  7. ^ "Ресурсный центр по микроскопии Olympus | Видеогалерея жизни в прудах - Гидра (Coelenterata)". olympus.magnet.fsu.edu. Получено 21 сентября 2019.
  8. ^ Кантор, Марвин Х .; Рахат, Менахем (1982). «Регуляция дыхания и фотосинтеза у Hydra viridis и ее отдельных косимбионтов: влияние питательных веществ». Физиологическая зоология. Издательство Чикагского университета. 55 (3): 281–288. Дои:10.1086 / Physzool.55.3.30157891. ISSN  0031-935X. JSTOR  30157891.
  9. ^ Джи Н, Флэйвелл С.В. (апрель 2017 г.). «Гидра: визуализация нервных сетей в действии». Текущая биология. 27 (8): R294 – R295. Дои:10.1016 / j.cub.2017.03.040. PMID  28441559.
  10. ^ Паттон В.К. (август 2014 г.). «Гидра (кишечнополостная)». Мультимедийная энциклопедия Grolier. Grolier Online.
  11. ^ Гольштейн Т., Эмшерманн П. (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 (связь)
  13. ^ Лумис В.Ф. (октябрь 1955 г.). «Глутатион контроль специфических реакций питания гидры». Летопись Нью-Йоркской академии наук. 62 (9): 211–27. Bibcode:1955НЯСА..62..211Л. Дои: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. Дои: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. Дои:10.1016/0742-8413(87)90015-6. PMID  2888575.
  16. ^ а б Кулкарни Р., Галанде С. (ноябрь 2014 г.). «Измерение реакции кормления, вызванной глутатионом у гидры». Журнал визуализированных экспериментов (93): e52178. Дои:10.3791/52178. ЧВК  4354099. PMID  25490534.
  17. ^ а б Fujisawa T (февраль 2003 г.). «Регенерация гидры и эпителиопептиды». Динамика развития. 226 (2): 182–9. Дои:10.1002 / dvdy.10221. PMID  12557197. S2CID  26953455.
  18. ^ Мартинес DE (май 1998 г.). «Характер смертности свидетельствует об отсутствии у гидры старения». Экспериментальная геронтология. 33 (3): 217–25. Дои:10.1016 / S0531-5565 (97) 00113-7. PMID  9615920. S2CID  2009972.
  19. ^ Эстеп П.В. (сентябрь 2010 г.). «Снижение бесполого размножения указывает на старение гидры: комментарий к Мартинесу Д.,« Образцы смертности указывают на отсутствие старения у гидры ». Exp Gerontol 33, 217–25». Экспериментальная геронтология. 45 (9): 645–6. Дои:10.1016 / j.exger.2010.03.017. PMID  20398746. S2CID  35408542.
  20. ^ а б c d Бем AM, Халтурин К., Антон-Эркслебен Ф., Хеммрих Дж., Клостермайер ЮК, Лопес-Кинтеро Дж. А., Оберг Х. Х., Пухерт М., Розенстиль П., Виттлиб Дж., Bosch TC (ноябрь 2012 г.). «FoxO - важнейший регулятор поддержания стволовых клеток бессмертной гидры». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 109 (48): 19697–702. Bibcode:2012PNAS..10919697B. Дои:10.1073 / pnas.1209714109. ЧВК  3511741. PMID  23150562.
  21. ^ "Исследование нестареющего Гидра". Причина. FightAging.org. Ноябрь 2012 г.. Получено 23 ноября 2012.
  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:2010Натура.464..592C. Дои:10.1038 / природа08830. ЧВК  4479502. PMID  20228792.