Бессмертная медуза - существо, способное жить вечно

Опубликовал История и Факты
8-08-2019, 06:22
935
0

Turritopsis dohrnii небольшой вид медуз, обитающий в Средиземноморье и других тёплых водах мирового океана. Один из инвазивных видов. Широкую известность приобрёл как «бессмертная медуза». И это буквально соответствует названию. Обладая способностью вернуться в «детство» вместо того, чтобы умереть от старости. Существо хранит в себе секрет истинного биологического бессмертия.

Люди мечтали о бессмертии с незапамятных времен. У нас есть множество мифов и историй о поиске вечной жизни.

  

Кроме долголетия, человека всегда интересовала вечная молодость. «Есть, выживать, размножаться» принцип по которому существует всё живое, давно не интересует людей в буквальном смысле, как это заложено во всём живом мире. Благодаря сознанию и осознанию кто мы, человек способен на самоизучение и поиск ответов на вопросы. С древнейших времён человечество ведёт поиски вечной молодости и бессмертия.

 До середины 1990х нам не удалось найти доказательства вечной жизнь на нашей планете. В 1996 году учёные опубликовали исследование о небольших видах медуз, способных перерождаться из зрелой особи в молодую, тем самым обманывая смерть, достигая потенциального бессмертия. Медузы могли проводить данную метаморфозу бесконечное количество раз. Смерть наступала от нападения хищников или из-за факторов окружающей среды.

Однако вспомним голых землекопов, у которых так же есть потенциальное бессмертие, так как они от естественного старения почти не умирают.

Медузы не только долгожители но и одни из древнейших форм жизни на планете. По некоторым данным они на матушке Земле уже более 500 млн. лет.

 

Первоначально медузы Turritopsis Nutricula жили в Карибском море, однако постепенно начали расширять ареал своего обитания. Теперь эту медузу можно встретить почти во всех морях тропического и умеренного поясов.

Впервые описанные свойства для этой медузы определил Christian Sommer в 1988-м году. Он заметил, что данная медуза отказывалась умирать, запуская процесс омоложения и в дальнейшем жизненный цикл стартовал заново.

Несколько биологов из Genoa были впечатлены публикациями Sommer'а, и они начали исследовать данный вид. В результате они опубликовали книгу “Reversing the Life Cycle.” в 1996-м году, подробно описав данный процесс.

После публикации книги можно было ждать, что человечество, найдя такой пример бессмертия, привлекло для его раскрытия большие ресурсы - когда биологические транскорпорации будут соперничать за право расшифровки генома и его патентование, ученые бы стремились определить механизмы омоложения, фармацевтические фирмы использовали результаты для создания лекарств, ... Но ничего этого не произошло.

 

Некоторый прогресс в изучении медузы произошел через четверть века после первоначального открытия Sommer'a. Сегодня мы знаем, что медузы запускают процесс омоложения в результате стресса или физического повреждения. Также мы знаем, что медуза в процессе омоложения преобразует клетки их одних типов в другие, приблизительно также, как это делают стволовые клетки человека. Также известно, что медуза очень распространилась по всему миру за последние годы за счёт путешествий с помощью судов и обладания высокой степенью выживаемости.

Сцифоидные и гидроидные полипы существуют в форме полипа и в форме медузы. Полипы размножаются бесполым путем (почкованием). Медузы размножаются половым путем. Все известные медузы существуют в двух формах: форма полипа и форма медузы.

 

Для многих животных характерен сложный жизненный цикл из нескольких стадий, сильно различающихся по строению и образу жизни. Переход от одной стадии к другой (метаморфоз) сопровождается радикальными изменениями плана строения. Международная команда исследователей выявила ключевые гены, инициирующие метаморфоз у медузы Aurelia aurita. При этом обнаружилось удивительное сходство генетической регуляции метаморфоза у таких далеких групп, как книдарии (к которым относится медуза), насекомые и позвоночные. Во всех трех случаях для запуска метаморфоза необходим белок RxR — рецептор ретиноевой кислоты, который образует комплекс с другим рецептором, реагирующим на специфический для данной группы «гормон метаморфоза» (тиреоидный гормон у позвоночных, экдизон у насекомых, новооткрытый пептидный «гормон стробиляции» у книдарий). По-видимому, уже у общего предка книдарий и билатерий (к которым относятся и насекомые, и позвоночные) имелись компоненты генно-регуляторных каскадов, участвующих в регуляции сложного жизненного цикла.

Прямое развитие, при котором животное всю свою жизнь (не считая эмбрионального развития) имеет более или менее одинаковый план строения — как, например, у млекопитающих — скорее исключение, чем правило. У большинства животных жизненный цикл устроен сложнее и включает стадии с разными планами строения и образами жизни. Всем известные примеры — гусеница и бабочка, головастик и лягушка. Переход из одной стадии в другую, сопровождающийся радикальной перестройкой организма, называется метаморфозом (см. также Metamorphosis).

О генетической регуляции сложных жизненных циклов и метаморфозов и их эволюции известно не так уж много. Детально изучен метаморфоз только у насекомых и позвоночных. Для них характерна сложная нейрогуморальная регуляция метаморфоза, в которой ключевую роль играют ядерные (то есть функционирующие в клеточном ядре) рецепторы гормонов: RxR (retinoid X receptor — рецептор ретиноевой кислоты, см. retinoic acid), TR (thyroid hormone receptor — рецептор тиреоидного гормона) и EcR (ecdysone receptor — рецептор экдизона). Первый из этих белков (RxR) участвует в инициации метаморфоза и у позвоночных, и у насекомых. Он активируется 9-цис-ретиноевой кислотой (9-cis-retinoic acid) и образует комплекс (гетеродимер) либо с TR (у позвоночных), либо с EcR (у насекомых). При наличии соответствующего «гормона метаморфоза» (соответственно, тиреоидного гормона или экдизона) этот гетеродимер активирует гены, белковые продукты которых необходимы для осуществления метаморфоза.

 

По другим группам животных имеются лишь отрывочные сведения. Интернациональная команда биологов из Германии, Швеции, Хорватии и России поставила себе целью разобраться в генетической регуляции метаморфоза у медузы Aurelia aurita, представителя книдарий — «базальной» группы настоящих многоклеточных животных (Eumetazoa), очень далеко отстоящей как от насекомых, так и от позвоночных.

Для аурелии, как и для большинства книдарий (за исключением коралловых полипов и гидры), характерен жизненный цикл с чередованием полипоидной и медузоидной стадий (рис. 2). Из яйца развивается плавающая личинка — планула, которая затем прикрепляется к субстрату и превращается в сидячий полип. Полип может размножаться только бесполым путем — почкованием. Зимой или в начале весны (а в лабораторных условиях — при понижении температуры до 10°С на достаточно долгое время) полип аурелии приступает к стробиляции — своеобразному метаморфозу. Сначала полип подразделяется на множество плоских дисковидных сегментов (на этой стадии он называется стробилой). Каждый сегмент затем превращается в крохотную медузку — эфиру (рис. 1). Эфиры переходят к свободноплавающему образу жизни, быстро растут и вскоре превращаются во взрослых медуз, размножающихся половым путем.

 Для начала авторы убедились, что стробиляция индуцируется каким-то сигнальным веществом (или веществами). Для этого фрагменты полипа, уже приступившего к стробиляции в ответ на длительное понижение температуры, трансплантировали или скармливали другому полипу, который жил в теплой воде (18°С) и не собирался ни в кого превращаться. Оказалось, что полип-реципиент после такой процедуры вскоре приступает к метаморфозу — особенно если кусочки полипа-донора были взяты из центральной части, подразделенной на сегменты, а не из головного конца или основания. Это значит, что метаморфоз действительно индуцируется некими сигнальными веществами, концентрация которых максимальна в центральной части стробилы.

Затем авторы сравнили транскриптомы аурелии на стадии полипа, стробилы и эфиры. Это позволило выявить несколько генов, активность которых резко возрастает в ходе стробиляции. В их числе оказался ген RxR, родственный генам рецепторов ретиноевой кислоты позвоночных и насекомых. У этих животных, как мы помним, белок RxR играет ключевую роль в инициации метаморфоза. Обнаруженный факт позволил выдвинуть интригующее предположение: что если регуляция метаморфоза у «низших» животных, таких как книдарии, и «высших» (билатерий) основана на неких общих принципах?

 

Впрочем, сначала нужно было доказать, что ретиноевая кислота и ее рецептор RxR действительно необходимы для метаморфоза у аурелии. Авторам удалось это сделать несколькими способами. Они показали, что добавление в воду, где живут полипы, ретиноевой кислоты или ее предшественника ретинола стимулирует стробиляцию не хуже, чем понижение температуры. Этот эффект слабеет или вовсе исчезает, если добавить в воду вещество, блокирующее работу белка RxR. Наконец, если отключить ферменты, синтезирующие ретиноевую кислоту из ретинола, то добавление ретинола перестает стимулировать стробиляцию, хотя добавление ретиноевой кислоты по-прежнему ее стимулирует. Еще один косвенный аргумент состоит в том, что на сегодняшний день известны геномы семи видов книдарий, три из которых имеют медузоидную стадию — и у всех трех имеется ген RxR, а четыре ее не имеют — и у всех четырех данный ген отсутствует.

Таким образом, ретиноевая кислота и RxR действительно участвуют в инициации метаморфоза у медузы: книдарии в этом отношении оказались схожи с билатериями! Впрочем, у билатерий запуск метаморфоза — далеко не единственная функция ретиноевой кислоты и ее рецептора: ретиноевый сигнальный каскад участвует в регуляции многих процессов в ходе развития (см.: Уточнен механизм, по которому развиваются конечности у куриного эмбриона, «Элементы», 14.06.2011). Кроме него, для инициации метаморфоза требуется специальный «гормон метаморфоза» и его рецептор, объединяющийся с RxR в гетеродимер. По идее, у аурелии тоже может быть нечто подобное.

Поэтому авторы не остановились на достигнутом и стали искать другие компоненты регуляторной системы. Они рассудили, что дополнительные гены, участвующие в инициации метаморфоза аурелии, должны особым образом реагировать на изменения температуры. Ведь полипу нужно отличать кратковременное, случайное похолодание от длительного снижения температуры, сигнализирующего о наступлении зимы. Приступать к метаморфозу следует только во втором случае: тогда медузы как раз успеют к лету достичь половой зрелости и будут размножаться в наиболее благоприятное время.

 

Изучив зависимость активности генов от колебаний температуры, авторы обнаружили ген, который вел себя в точном соответствии с их ожиданиями. Этот ген под условным названием CL390 не имеет гомологов у других животных: возможно, он встречается только у сцифоидных медуз или вообще только у аурелии. При похолодании экспрессия CL390 начинает расти и растет до тех пор, пока температура остается низкой (10°С). Через 6 дней уровень экспрессии становится в 5,5 раз выше базового, через 9 дней — в 31 раз, через 19 дней — в 110 000 раз. Если температура повышается, экспрессия CL390 сразу падает. Таким образом, ген CL390 работает как своеобразные часы, регистрирующие длительность холодного периода. По достижении определенного уровня экспрессии CL390 (примерно в 15 раз выше базового, что соответствует 7–8 дням жизни при низкой температуре) происходит включение программы стробиляции. После этого потепление уже не может остановить или задержать метаморфоз.

Частичная блокировка экспрессии CL390 при помощи РНК-интерференции приводит к задержке стробиляции. С другой стороны, пересадка фрагментов стробилы полипу, живущему при 18°С, активирует экспрессию CL390. Авторы получили ряд косвенных аргументов в пользу того, что RxR, активированный ретиноевой кислотой, тоже способствует активации CL390. По-видимому, в этом регуляторном контуре задействован принцип взаимной активации ключевых компонентов.

Проанализировав структуру белка CL390, авторы пришли к выводу, что он служит исходным материалом для производства короткого пептида из 7 аминокислот, который, по всей видимости, и играет роль «гормона стробиляции» у аурелии. В состав пептида входят два остатка аминокислоты триптофана, индольные кольца которых располагаются по соседству друг с другом в перпендикулярных плоскостях. Изучив влияние на стробиляцию различных веществ с похожей структурой, ученые заключили, что эти-то индольные кольца и играют ключевую роль в индукции метаморфоза (то есть позволяют «гормону метаморфоза» связаться со своим рецептором). По аналогии с позвоночными и насекомыми, логично предположить, что у аурелии рецептор гормона метаморфоза (который пока не удалось идентифицировать) тоже образует гетеродимер с RxR (рис. 3).

 

Авторы указывают еще на одну интригующую аналогию — между тиреоидным гормоном билатерий (он обнаружен не только у позвоночных, но и у ряда беспозвоночных) и «гормоном стробиляции» аурелии. Тиреоидный гормон фактически представляет собой два йодированных остатка ароматической аминокислоты тирозина, а «заготовкой» для его производства является полновесная белковая молекула — тироглобулин (Thyroglobulin). Пептидный гормон аурелии тоже производится из большого белка (CL390), а его «активный центр» образован двумя остатками ароматической аминокислоты триптофана. Случайное совпадение, конвергенция или свидетельство общего происхождения? Для ответа на этот вопрос данных пока недостаточно.

Таким образом, механизмы запуска генетической программы метаморфоза у позвоночных, насекомых и книдарий оказались на удивление сходными. Возможно, это говорит о том, что уже у общего предка этих групп (то есть у последнего общего предка Eumetazoa) был сложный жизненный цикл с метаморфозом. Или, может быть, метаморфоз у них развился независимо, но во всех случаях для его регуляции был привлечен один и тот же ретиноевый сигнальный каскад, имевшийся у общего предка, но служивший ему для иных целей (для включения других наборов генов).

Но в то время как большинство медуз вырастают от полипа до медузы и в конечном итоге уступить неизбежному концу их жизненного цикла, Turritopsis dohrnii обладает способностью переключаться между двумя стадиями и обманывать смерть. Это происходит посредством процесса, известного как трансдифференцировка, который в основном включает в себя превращение зрелой клетки в другой тип зрелой клетки.

 

Вместо того, чтобы умирать, как любое другое существо, бессмертная медуза сначала втягивает свои щупальца, превращаясь в каплю, а затем падает на дно океана и в течение трех дней возвращается к стадии полипа. Ученые обнаружили, что новый полип генетически идентичен оригинальной медузе, но это его ювенильная версия. Проще говоря это как цыплёнок возращающийся в состояние яйца или как мотылёк обратно превращается в гусеницу.

Бессмертие Turritopsis dohrnii не совсем то, о чем мы обычно думаем, поскольку медуза технически не умирает, но и не живет в том же теле, что и раньше. Плюс, медуза все еще может умереть в результате нападения хищников или из-за болезней, но ее цикл - самый близкий к определению бессмертия в окружающем нас мире. Знаете, это напоминает мифических эльфов долгожителей, что никогда не умирают от старости.

Интересно, что бессмертная медуза не может полностью контролировать переход к стадии полипа. Исследования показали, что трансформация происходит только тогда, когда медуза получает травму или начинает умирать от голода, или когда температура или соленость воды, в которой она живет, изменяется. Если условия подходят, цикл может повторяться бесконечно.

Но на сейчас мы очень мало понимаем то, что происходит во время омоложения. Есть несколько причин данного пробела в знаниях. Прежде всего очень мало специалистов, которые работают или могут работать с ними. Так получается, что малые организмы менее изучены, чем большие. И в данной области (гидро) хорошо, если можно найти одного-двух специалистов на страну. Следующей причиной является то, что медуз трудно содержать в лаборатории, так как они требуют постоянного внимания/ухода и как строить лучше их среду обитания до конца не изучено.

 

По большому счету на планете имеется только один специалист, который выращивает и работает с этими медузами постоянно. Без серьезного финансирования, в тесном офисе города Shirahama (Япония), 4 часа езды на юг от Киото. Это Shin Kubota, который является чуть ли не единственным шансом людей на настоящее время в понимании механизмов старения медузы.

Shin Kubota сейчас 60 лет. В его лаборатории содержится около 100 особей. Каждая из медуз очень мала, во взрослом состоянии размером максимум с обрезанный ноготь мизинца. В банке плавает ~ по 3 особи, для каждой из которых необходимо постоянно менять воду, проверять под микроскопом что они здоровы и кормить. Не всю пищу медузы могут переварить, часть её надо нарезать под микроскопом. На содержание этой популяции Shin Kubota тратит по меньшей мере 3 часа в день. Это работа фулл-тайм. При этом Shin'а приглашают на чтение лекций, на конференции. И в этих случаях он либо должен успеть все к вечеру, либо он берет своих медуз в портативном холодильнике.

Shin публикует в местной газете в специальной колонке информацию о медузах, и многие читатели приходят с ними познакомиться. Кроме того, у него уже большое количество научных публикаций по медузам, по которым только в 2011 году вышло 52.

Неудивительно, что ученый пренебрегает из-за медуз другими областями своей жизни. Он никогда не готовит, в офисе постоянный беспорядок, стрижка давно просрочена, форма одежды свободная, кабинет на расширяется.

 

С точки зрения практических результатов медузы являются хорошим кандидатом на исследование. Как показано в результате исследования геномов человека и медузы, у них имеется очень большое сходство. Кроме того, механизмы, которые отвечают за омоложение, на уровне ДНК/РНК имеют похожую природу. Есть серьезные основания того, что они могут являться причиной возникновения рака, и, соответственно, изучив медузу, можно отыскать ключ к решению проблем с этой болезнью. Сами же медузы очень простые организмы, и поэтому они очень хорошо подходят для исследования базовых процессов биологического развития.

Кроме медуз имеются и другие морские организмы, которые могут считаться бессмертными. Известны губки, которые оставались живыми после десятилетий жизни, регенерирующиеся и нестареющие морские ежи. Возможно это некая общая черта всех этих животных, и её понимание может многое дать человечеству.

В истории немало случаев, когда наблюдения за животными, которые совсем не похожи на человека, давали потрясающие результаты. Так, в XVIII веке в Англии, подвержение доярок коровьей оспой помогло установить причину и использовать прививку. Бактериолог Александр Флеминг случайно открыл пенициллин, когда в одной из его чашек Петри выросла плесень. Или, совсем недавно, ученые в штате Вайоминг во время изучения нематод нашли гены, которые аналогично инактивируются при раке у людей, и соответственно, они стали целью для новой мишени в исследованиях против рака. Таким образом, один из способов решения может быть разнообразие исследований и направлений.

 

В случае же с медузами мало кто понимает и хочет финансировать исследования. Считается, что мыши ближе к человеку, и поэтому испытания на них и их исследования более перспективны. Но они также более сложны и их не всегда достаточно для понимания процессов.

Сейчас ученый узнал ряд препятствий омоложению - такие как температура не ниже 72F, голод, большой колокол медузы. Сейчас он считает, что секрет бессмертия скрыт в щупальцах, но для дальнейшего прогресса нужно финансирование и помощь специалистов, таких как микробиолога и генетика. Тем не менее, Shin считает, что мы близки к раскрытию тайны этого вида.

В мире существует три вида медуз Turritopsis: dohrnii, nutricula и rubra, но только первый из них носит название «бессмертная медуза». Дело не в том, что другие двое, как известно, не способны к такому же преобразованию, dohrnii - единственный, чье бессмертие было доказано в лабораторных условиях.

Источники:

elementy.ru/novosti_nauki

kriorus.ru/news/Mozhet-li-meduza-otkryt-sekret-bessmertiya

masterok.livejournal.com/3109520.html

inokean.ru/animal/any/307-turritopsisdohrnii-bessmertnye-meduzy

Комментарии к новости
Добавить комментарий
Добавить свой комментарий:
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Это код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите сюда:

Опрос
Часто вы здесь бываете?

Статистика
ТОП Комментарии
Larryjex пишет:
Нелегка жизнь слушателей кафедры «Техносферная безопасность» МИИТ! Зачеты и экзамены сдаются только взятку для к.н.
Добрый пишет:
Дренд это показатель качества. Во вторых статус. Не сказать что менее известные бренды могут быть хуже. Но вызывает
LilliaMet пишет:
Глупо строить планы на всю жизнь, не будучи господином даже завтрашнего дня. У счастья тоже есть своя поэзия, но
Стас пишет:
Банки никогда не исчезнут потому что одни люди на этом зарабатывают, а другие люди пытаются за счет этого выжить. Я