Μάθημα 10 Βιολογία Βαθμός 7
Τ τρώω ΕΝΑ: Αναπαραγωγή Ύδρας. Αναγέννηση. αξία στη φύση.
Εργο.
Μάθετε τα δομικά χαρακτηριστικά και τις διαδικασίες ζωής της Ύδρας ως κατώτερου πολυκύτταρου ζώου.
Να μελετήσει τα χαρακτηριστικά του τρόπου ζωής σε σχέση με το περιβάλλον.
Να σχηματίσουν γνώσεις για την ταξινόμηση της ύδρας.
Διαμόρφωση δεξιοτήτων για εργασία με μικροπαρασκευάσματα.
Εξοπλισμός μαθήματος.
Πίνακας «Υδρα γλυκού νερού, προβολέας πολυμέσων, , μικροσκόπια, μικροπαρασκεύασμα «Ύδρα».
Ενημέρωση γνώσης.
Ονομάστε τα επίπεδα οργάνωσης της άγριας ζωής. Σε ποιο επίπεδο ανήκουν τα coelenterates, hydra γλυκού νερού; Πώς μπορεί να αποδειχθεί αυτό.
Ποια είδη συμμετρίας είναι χαρακτηριστικά των ζώων; Ονομάστε το είδος της συμμετρίας στα εντερικά ζώα.
Εξηγήστε το πλεονέκτημα αυτού του τύπου συμμετρίας για τα ομογενή.
όνομα Χαρακτηριστικάεντερικού τύπου.
Εκμάθηση νέου υλικού
Εισαγωγή από τον δάσκαλο.
Πριν από δυόμιση και πλέον αιώνες, ένας νεαρός άνδρας ήρθε από την Ελβετία στην Ολλανδία. Μόλις ολοκλήρωσε την πανεπιστημιακή του εκπαίδευση στις επιστήμες. Χρειαζόμενος χρήματα, αποφάσισε να προσλάβει τον εαυτό του ως δάσκαλο σε έναν αριθμό. Αυτή η δουλειά του άφησε χρόνο να κάνει τη δική του έρευνα. που ονομάζεται νέος άνδραςΑβραάμ Τρέμπλεϊ. Το όνομά του έγινε σύντομα γνωστό σε όλη τη φωτισμένη Ευρώπη. Και έγινε διάσημος μελετώντας αυτό που ήταν κυριολεκτικά κάτω από τα πόδια όλων - πολύ απλούς οργανισμούς που βρέθηκαν σε λακκούβες και χαντάκια. Ένα από αυτά τα ζωντανά πλάσματα, τα οποία εξέτασε προσεκτικά σε σταγόνες νερού που έβγαιναν από μια τάφρο, ο Τρέμπλεϊ μπέρδεψε για ένα φυτό.
διαφάνεια 3.4.
Η ύδρα του γλυκού νερού ανήκει στον τύπο των εντερικών κοιλοτήτων. Μεταξύ των εκπροσώπων του εντερικού τύπου που ζουν στις θάλασσες, υπάρχουν άμισχες μορφές - πολύποδες και ελεύθερα επιπλέουσες - μέδουσες. Πολύποδας είναι και το γλυκό νερό της Ύδρας.
Καταγράψτε την ταξινόμηση των ειδών «Ύδρα του γλυκού νερού».
Εφαρμογή. διαφάνεια 5
Η εξωτερική δομή της ύδρας
Το σώμα της ύδρας με τη μορφή μιας λεπτής επιμήκους τσάντας, μήκους μόνο 2–3 mm έως 1 cm, συνδέεται με ένα φυτό ή άλλο υπόστρωμα με το κάτω άκρο του. Κάτω μέροςσώμα λέγεται πέλμα. Στο άλλο άκρο του σώματος της ύδρας υπάρχει ένα στόμιο που περιβάλλεται από μια στεφάνη από 6-8 πλοκάμια.
Εργασία με μικροπαρασκεύασμα. Εξετάστε την εξωτερική δομή της ύδρας.
Εφαρμογή. διαφάνεια 6, 7
Σχεδιάστε την εξωτερική δομή της ύδρας σε ένα σημειωματάριο, υπογράψτε τα μέρη του σώματος.
Κυτταρική δομήΎδρα
Το σώμα της ύδρας έχει τη μορφή σάκου, τα τοιχώματα του οποίου αποτελούνται από δύο στρώματα κυττάρων: το εξωτερικό είναι το εξώδερμα και το εσωτερικό είναι το ενδόδερμα. Ανάμεσά τους υπάρχουν αδύναμοι διαφοροποιημένα κύτταρα. Η κοιλότητα που σχηματίζεται από αυτόν τον σάκο ονομάζεται εντερική κοιλότητα.
Εφαρμογή. Διαφάνεια 7, 8, 9.
Συμπληρώστε το σχήμα "Εκτόδερμα κύτταρα"
Δουλεύουμε ανεξάρτητα. Συμπληρώστε το σχήμα "Entoderma κύτταρα"
Ποιες είναι οι διαδικασίες ζωής των ζωντανών οργανισμών;
Εφαρμογή. Κίνηση Ύδρας. διαφάνεια 13, 14.
Η δομή των νευρικών συστημάτων. Ευερέθιστο.
Εφαρμογή. Διαφάνεια 15,16.
Θρέψη
Η Ύδρα είναι ενεργό αρπακτικό. Αυτό το είπε ο Αβραάμ Τρέμπλεϊ παρακολουθώντας την Ύδρα.
Αν η ύδρα πεινάει, το σώμα της τεντώνεται σε όλο της το μήκος και τα πλοκάμια κρέμονται. Η τροφή που καταπίνει η ύδρα ερεθίζει τα ευαίσθητα κύτταρα του ενδοδερμίου. Σε απάντηση στον ερεθισμό, εκκρίνουν πεπτικό χυμό στην εντερική κοιλότητα. Υπό την επιρροή του, συμβαίνει μερική πέψη των τροφίμων.
Εφαρμογή. Διαφάνεια 17, 18.
αναπαραγωγή
Η Ύδρα αναπαράγει σεξουαλικά και ασεξουαλικά (εκκολαπτόμενους) τρόπους. Συνήθως βγάζει μπουμπούκια το καλοκαίρι. Μέχρι το φθινόπωρο, τα αρσενικά και θηλυκά σεξουαλικά κύτταρα σχηματίζονται στο σώμα της ύδρας και πραγματοποιείται γονιμοποίηση.
Εφαρμογή. Διαφάνεια 19, 20, 21.
Αναγέννηση
25 Σεπτεμβρίου 1740 Ο Αβραάμ Τρέμπλεϊ έκοψε την ύδρα σε δύο μέρη. Και τα δύο μέρη μετά την επέμβαση συνέχισαν να ζουν. Από ένα κομμάτι, που ονομάστηκε από τον Tremblay "κεφάλι", ένα νέο σώμα μεγάλωσε και από ένα άλλο - ένα νέο "κεφάλι". 14 ημέρες μετά το πείραμα, προέκυψαν δύο νέοι ζωντανοί οργανισμοί. Η Ύδρα είναι μικρή, μόλις 2,5 εκατοστά. Ένα τόσο μικρό πλάσμα χωρίστηκε σε εκατό κομμάτια - και από κάθε κομμάτι προέκυψε μια νέα ύδρα. Χωρίστηκε στη μέση και τα μισά εμπόδισαν να αναπτυχθούν μαζί - λήφθηκαν δύο ζώα αλληλένδετα μεταξύ τους. Η ύδρα χωρίστηκε σε δεμάτια - σχηματίστηκε μια δεσμιδωτή αποικία ύδρας. Όταν κόπηκαν πολλές υδρίες και τα επιμέρους μέρη αφέθηκαν να αναπτυχθούν μαζί, το αποτέλεσμα ήταν εντελώς τέρατα: οργανισμοί με δύο κεφάλια και μάλιστα πολλά. Και αυτές οι τερατώδεις, άσχημες μορφές συνέχισαν να ζουν, να τρέφονται και να πολλαπλασιάζονται! Ένα από τα πιο διάσημα πειράματα του Tremblay είναι ότι με τη βοήθεια μιας τρίχας χοίρου γύρισε την ύδρα μέσα προς τα έξω, δηλαδή η εσωτερική της πλευρά έγινε εξωτερική. μετά από αυτό το ζώο ζούσε σαν να μην είχε συμβεί τίποτα.
Εφαρμογή. Διαφάνεια 22, 23, 24.
Ενοποίηση.
Επιλέξτε τις σωστές δηλώσεις.
1. Μεταξύ των εντερικών ζώων υπάρχουν εκπρόσωποι με ακτινωτή και αμφίπλευρη σωματική συμμετρία.
Όλα τα συνεντερικά έχουν κεντρικά κύτταρα.
Όλα τα coelenterates είναι ζώα του γλυκού νερού.
Το εξωτερικό στρώμα του σώματος της εντερικής κοιλότητας σχηματίζεται από δερματο-μυϊκά, τσιμπήματα, νευρικά και ενδιάμεσα κύτταρα.
Η κίνηση της ύδρας συμβαίνει λόγω της μείωσης των νημάτων που τσιμπούν.
Όλα τα ομογενή είναι αρπακτικά.
Τα συνεντερικά έχουν δύο τύπους πέψης - ενδοκυτταρική και εξωκυτταρική.
Οι Ύδρας δεν είναι σε θέση να ανταποκριθούν σε ερεθισμούς.
2. Ονομάστε τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα ύδρα γλυκού νερού.
3. Συμπληρώστε τον πίνακα.
4. Συμπληρώστε τις λέξεις που λείπουν στις προτάσεις.Η ύδρα είναι προσκολλημένη... στο υπόστρωμα, στο άλλο άκρο είναι..., περιβάλλεται από... . Ύδρα... ένας οργανισμός. Τα κύτταρα του είναι εξειδικευμένα, σχηματίζουν ...στρώσεις. Ανάμεσά τους είναι... Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των εντερικών ζώων είναι η παρουσία ... κυττάρων. Υπάρχουν ιδιαίτερα πολλά από αυτά στο ... και γύρω από το στόμα. Το εξωτερικό στρώμα ονομάζεται ... , το εσωτερικό στρώμα ... . Μέσω του στόματος, η τροφή εισέρχεται ...στην κοιλότητα.
Εργασία για το σπίτι.
Μελετήστε την παράγραφο.
Επαναλάβετε τα σημάδια των εντερικών ζώων.
Ετοιμάστε αναφορές για εντερικά ζώα (μέδουσες, κοράλλια, θαλάσσιες ανεμώνες).
Το σώμα της ύδρας έχει τη μορφή ενός επιμήκους σάκου, τα τοιχώματα του οποίου αποτελούνται από δύο στρώματα κυττάρων - εξώδερμαΚαι ενδόδερμα.
Ανάμεσά τους βρίσκεται ένα λεπτό ζελατινώδες μη κυτταρικό στρώμα - μεσογλεαλειτουργώντας ως στήριγμα.
Το εξώδερμα αποτελεί το κάλυμμα του σώματος του ζώου και αποτελείται από διάφορους τύπους κυττάρων: επιθηλιακό-μυϊκό, ενδιάμεσοςΚαι δηκτικός.
Τα πιο πολλά από αυτά είναι επιθηλιακά-μυϊκά.
εξώδερμα
επιθηλιακό μυϊκό κύτταρο
στο κόστος μυϊκές ίνες, που βρίσκεται στη βάση κάθε κυττάρου, το σώμα της ύδρας μπορεί να συστέλλεται, να επιμηκυνθεί και να λυγίσει.
Μεταξύ των επιθηλιακών-μυϊκών κυττάρων υπάρχουν ομάδες μικρών, στρογγυλεμένων κυττάρων με μεγάλους πυρήνες και μικρή ποσότητα κυτταροπλάσματος, που ονομάζονται ενδιάμεσος.
Όταν το σώμα της ύδρας καταστραφεί, αρχίζουν να αναπτύσσονται εντατικά και να διαιρούνται. Μπορούν να μετατραπούν σε άλλους τύπους κυττάρων του σώματος της ύδρας, εκτός από επιθηλιακά-μυϊκά.
Στο εξώδερμα βρίσκονται τσιμπώντας κύτταραχρησιμοποιείται για επίθεση και άμυνα. Βρίσκονται κυρίως στα πλοκάμια της ύδρας. Κάθε κύτταρο τσιμπήματος περιέχει μια οβάλ κάψουλα στην οποία είναι κουλουριασμένο το νήμα τσιμπήματος.
Η δομή ενός κεντρικού κυττάρου με ένα τυλιγμένο νήμα τσιμπήματος
Εάν το θήραμα ή ο εχθρός αγγίξει την ευαίσθητη τρίχα, η οποία βρίσκεται έξω από το κελί που τσιμπάει, ως απάντηση στον ερεθισμό, η κλωστή που τσιμπάει πετιέται έξω και τρυπάει το σώμα του θύματος.
Η δομή του κεντρικού κυττάρου με εκτοξευόμενο νήμα τσιμπήματος
Μέσω του καναλιού του νήματος, μια ουσία ικανή να παραλύσει το θύμα εισέρχεται στο σώμα του θύματος.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι κυττάρων τσιμπήματος. Τα νήματα κάποιου τρυπήματος δέρμαζώα και διοχετεύουν δηλητήριο στο σώμα τους. Τα νήματα των άλλων τυλίγονται γύρω από το θήραμα. Οι κλωστές του τρίτου είναι πολύ κολλώδεις και κολλάνε στο θύμα. Συνήθως η ύδρα «πυροβολεί» αρκετά κεντρικά κύτταρα. Μετά τον πυροβολισμό, το κελί που τσιμπάει πεθαίνει. Νέα κύτταρα τσιμπήματος σχηματίζονται από ενδιάμεσος.
Η δομή του εσωτερικού στρώματος των κυττάρων
Το ενδόδερμα καλύπτει ολόκληρη την εντερική κοιλότητα από μέσα. Η σύνθεσή του περιλαμβάνει πεπτικό-μυϊκόΚαι αδενώδηςκύτταρα.
Ενδόδερμα
Πεπτικό σύστημα
Υπάρχουν περισσότερα πεπτικά-μυϊκά κύτταρα από άλλα. Μυϊκές ίνεςείναι ικανά να συστέλλονται. Όταν κονταίνουν, το σώμα της ύδρας γίνεται πιο λεπτό. Πολύπλοκες κινήσεις (κίνηση με «πτώση») συμβαίνουν λόγω συσπάσεων των μυϊκών ινών των κυττάρων του εξωδερμίου και του ενδοδερμίου.
Κάθε ένα από τα πεπτικά-μυϊκά κύτταρα του ενδοδερμίου έχει 1-3 μαστίγια. διστάζων μαστίγιαδημιουργούν ένα ρεύμα νερού, με το οποίο τα σωματίδια τροφής προσαρμόζονται στα κύτταρα. Μπορούν να σχηματιστούν πεπτικά-μυϊκά κύτταρα του ενδοδερμίου ψευδόποδα, συλλαμβάνουν και χωνεύουν μικρά σωματίδια τροφής στα πεπτικά κενοτόπια.
Η δομή του πεπτικού μυϊκού κυττάρου
Έχοντας στο ενδόδερμα αδενικά κύτταραεκκρίνουν πεπτικό χυμό στην εντερική κοιλότητα, η οποία υγροποιεί και χωνεύει εν μέρει την τροφή.
Η δομή του κίτρινου κυττάρου
Το θήραμα συλλαμβάνεται από πλοκάμια με τη βοήθεια κεντρικών κυττάρων, το δηλητήριο των οποίων παραλύει γρήγορα τα μικρά θύματα. Με συντονισμένες κινήσεις των πλοκαμιών, το θήραμα φέρεται στο στόμα και στη συνέχεια, με τη βοήθεια των συσπάσεων του σώματος, η ύδρα «φορείται» στο θύμα. Η πέψη ξεκινά από την εντερική κοιλότητα ( κοιλιακή πέψη), τελειώνει μέσα πεπτικά κενοτόπιαεπιθηλιακά-μυϊκά κύτταρα του ενδοδερμίου ( ενδοκυτταρική πέψη). Τα θρεπτικά συστατικά κατανέμονται σε όλο το σώμα της Ύδρας.
Όταν τα υπολείμματα του θηράματος που δεν μπορούν να αφομοιωθούν και τα απόβλητα του κυτταρικού μεταβολισμού βρίσκονται στην πεπτική κοιλότητα, συστέλλεται και αδειάζεται.
Αναπνοή
Η Ύδρα αναπνέει οξυγόνο διαλυμένο στο νερό. Δεν έχει αναπνευστικά όργανα και απορροφά οξυγόνο σε όλη την επιφάνεια του σώματός της.
Κυκλοφορικό σύστημα
Απών.
Επιλογή
Επιλογή διοξείδιο του άνθρακακαι άλλες περιττές ουσίες που σχηματίζονται στη διαδικασία της ζωτικής δραστηριότητας, εκτελούνται από τα κύτταρα του εξωτερικού στρώματος απευθείας στο νερό και από τα κύτταρα του εσωτερικού στρώματος - στην εντερική κοιλότητα και μετά έξω.
Νευρικό σύστημα
Κάτω από τα μυϊκά κύτταρα του δέρματος υπάρχουν αστρικά κύτταρα. Αυτά είναι νευρικά κύτταρα (1). Συνδέονται μεταξύ τους και σχηματίζουν ένα νευρικό δίκτυο (2).
Νευρικό σύστημα και ευερεθιστότητα της Ύδρας
Εάν αγγίξετε την ύδρα (2), τότε εμφανίζεται μια διέγερση (ηλεκτρικές ώσεις) στα νευρικά κύτταρα, η οποία εξαπλώνεται αμέσως σε όλο το νευρικό δίκτυο (3) και προκαλεί συστολή των δερματικών-μυϊκών κυττάρων και ολόκληρο το σώμα της ύδρας βραχύνεται (4). Αποκριτικότητατο σώμα της Ύδρας σε τέτοιο ερεθισμό - αντανακλαστικό χωρίς όρους.
σεξουαλικά κύτταρα
Με την προσέγγιση του κρύου καιρού το φθινόπωρο, τα γεννητικά κύτταρα σχηματίζονται από ενδιάμεσα κύτταρα στο εξώδερμα της Ύδρας.
Υπάρχουν δύο τύποι γεννητικών κυττάρων: ωάριο, ή θηλυκά γεννητικά κύτταρα, και σπέρμα, ή αρσενικά γεννητικά κύτταρα.
Τα αυγά είναι πιο κοντά στη βάση της ύδρας, τα σπερματοζωάρια αναπτύσσονται σε φυματίδια που βρίσκονται πιο κοντά στο στόμα.
κέλυφος αυγούΗ Ύδρα μοιάζει με αμοιβάδα. Είναι εξοπλισμένο με ψευδόποδα και αναπτύσσεται γρήγορα, απορροφώντας γειτονικά ενδιάμεσα κύτταρα.
Δομή ωαρίων Ύδρας
Δομή σπέρματος Ύδρα
σπερματοζωάριαστην εμφάνιση μοιάζουν με μαστιγωμένα πρωτόζωα. Φεύγουν από το σώμα της ύδρας και κολυμπούν με τη βοήθεια ενός μακριού μαστιγίου.
Γονιμοποίηση. αναπαραγωγή
Το σπερματοζωάριο κολυμπά μέχρι την Ύδρα με το ωάριο και διεισδύει σε αυτό και οι πυρήνες και των δύο γεννητικών κυττάρων συγχωνεύονται. Μετά από αυτό, τα ψευδόποδα ανασύρονται, το κελί στρογγυλοποιείται, ένα παχύ κέλυφος απελευθερώνεται στην επιφάνειά του - σχηματίζεται ένα αυγό. Όταν η ύδρα πεθαίνει και καταρρέει, το αυγό παραμένει ζωντανό και πέφτει στον πυθμένα. Με την έναρξη του ζεστού καιρού, ένα ζωντανό κύτταρο μέσα στο προστατευτικό κέλυφος αρχίζει να διαιρείται, τα κύτταρα που προκύπτουν είναι διατεταγμένα σε δύο στρώματα. Από αυτά αναπτύσσεται μια μικρή ύδρα, η οποία βγαίνει μέσω ρήξης του κελύφους του αυγού. Έτσι, η πολυκύτταρα ζωική ύδρα στην αρχή της ζωής της αποτελείται από ένα μόνο κύτταρο - το αυγό. Αυτό υποδηλώνει ότι οι πρόγονοι της Ύδρας ήταν μονοκύτταρα ζώα.
Ύδρα ασεξουαλική αναπαραγωγή
Στο ευνοϊκές συνθήκεςΗ Ύδρα αναπαράγεται ασεξουαλικά. Ένας νεφρός σχηματίζεται στο σώμα του ζώου (συνήθως στο κάτω τρίτο του σώματος), μεγαλώνει, μετά σχηματίζονται πλοκάμια και το στόμα διαπερνά. Τα νεαρά μπουμπούκια ύδρας βγαίνουν από τον οργανισμό της μητέρας (ταυτόχρονα, οι πολύποδες της μητέρας και της κόρης συνδέονται με πλοκάμια στο υπόστρωμα και έλκονται μέσα διαφορετικές πλευρές) και να ζήσουν μια ανεξάρτητη ζωή. Το φθινόπωρο, η ύδρα μεταβαίνει στη σεξουαλική αναπαραγωγή. Στο σώμα, στο εξώδερμα, τοποθετούνται γονάδες - σεξουαλικοί αδένες και τα γεννητικά κύτταρα αναπτύσσονται από ενδιάμεσα κύτταρα σε αυτά. Με το σχηματισμό της γοναδικής ύδρας, σχηματίζεται ένας μεσοειδής όζος. Αυτό υποδηλώνει ότι οι γονάδες της ύδρας είναι πολύ απλοποιημένοι σπορόσακοι, τελικό στάδιοσε μια σειρά μετασχηματισμού της χαμένης γενεάς μεσοειδούς σε όργανο. Τα περισσότερα είδη ύδρας είναι δίοικα, ο ερμαφροδιτισμός είναι λιγότερο κοινός. Τα αυγά της Ύδρας αναπτύσσονται γρήγορα, φαγοκυτταρώνοντας τα γύρω κύτταρα. Τα ώριμα αυγά φτάνουν σε διάμετρο 0,5-1 mm. Η γονιμοποίηση συμβαίνει στο σώμα της ύδρας: μέσω μιας ειδικής οπής στη γονάδα, το σπέρμα εισέρχεται στο ωάριο και συγχωνεύεται με αυτό. Ο ζυγώτης υφίσταται πλήρη ομοιόμορφη σύνθλιψη, με αποτέλεσμα να σχηματίζεται κοελοβλάστηλα. Στη συνέχεια, ως αποτέλεσμα μικτής αποκόλλησης (συνδυασμός μετανάστευσης και αποκόλλησης), εμφανίζεται γαστρίωση. Γύρω από το έμβρυο σχηματίζεται ένα πυκνό προστατευτικό κέλυφος (embryotheca) με ακανθώδεις εκβολές. Στο στάδιο της γαστρούλας, τα έμβρυα πέφτουν σε αναβίωση. Οι ενήλικες ύδρες πεθαίνουν και τα έμβρυα βυθίζονται στον πυθμένα και πέφτουν σε χειμερία νάρκη. Την άνοιξη, η ανάπτυξη συνεχίζεται, στο παρέγχυμα του ενδοδερμίου, σχηματίζεται μια εντερική κοιλότητα από την απόκλιση των κυττάρων, στη συνέχεια σχηματίζονται οι αρχές των πλοκαμιών και μια νεαρή ύδρα αναδύεται κάτω από το κέλυφος. Έτσι, σε αντίθεση με τα περισσότερα θαλάσσια υδροειδή, η ύδρα δεν έχει προνύμφες ελεύθερης κολύμβησης, η ανάπτυξή της είναι άμεση.
Αναγέννηση
Η Ύδρα έχει πολύ υψηλή ικανότητα αναγέννησης. Όταν κόβεται σε πολλά μέρη, κάθε μέρος αποκαθιστά το "κεφάλι" και το "πόδι", διατηρώντας την αρχική πολικότητα - το στόμα και τα πλοκάμια αναπτύσσονται στην πλευρά που ήταν πιο κοντά στο στοματικό άκρο του σώματος και το κοτσάνι και το πέλμα - την αβορική πλευρά του θραύσματος. Ολόκληρος ο οργανισμός μπορεί να αποκατασταθεί από ξεχωριστά μικρά κομμάτια του σώματος (λιγότερο από το 1/100 του όγκου), από κομμάτια πλοκάμια, καθώς και από ένα εναιώρημα κυττάρων. Ταυτόχρονα, η ίδια η διαδικασία αναγέννησης δεν συνοδεύεται από αύξηση των κυτταρικών διαιρέσεων και αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα μορφαλαξίας.
Κίνηση
Σε ήρεμη κατάσταση, τα πλοκάμια εκτείνονται κατά αρκετά εκατοστά. Το ζώο τα μετακινεί αργά από τη μια πλευρά στην άλλη, περιμένοντας το θήραμα. Εάν είναι απαραίτητο, η ύδρα μπορεί να κινηθεί αργά.
Τρόπος κίνησης «περπάτημα».
«Περπάτημα» μέθοδος κίνησης της ύδρας
Καμπυλώνοντας το σώμα της (1) και συνδέοντας τα πλοκάμια της στην επιφάνεια ενός αντικειμένου (υπόστρωμα), η ύδρα τραβά τη σόλα (2) στο μπροστινό άκρο του σώματος. Στη συνέχεια επαναλαμβάνεται η περιπατητική κίνηση της ύδρας (3.4).
Τρόπος κίνησης «αναποδογυρισμένος».
Τρόπος «αναποδογυρισμένος» για να μετακινήσετε την ύδρα
Σε άλλη περίπτωση, φαίνεται να κάνει τούμπες πάνω από το κεφάλι του, εναλλάξ προσκολλώντας σε αντικείμενα είτε με τα πλοκάμια είτε με τη σόλα του (1-5).
Όπως έχετε ήδη καταλάβει από την προηγούμενη παρουσίαση, πολλοί εκπρόσωποι του ζωικού βασιλείου είναι ικανοί για αναγέννηση. Αλλά η μορφή και η κλίμακα της αναγεννητικής ανάπτυξης σε διαφορετικά ζώα μπορεί να ποικίλλει πολύ. Σε αυτό το κεφάλαιο, θα γνωρίσουμε τέσσερις διάσημους βιολόγους στους οποίους οφείλουμε μεγάλο μέρος της γνώσης μας για την αποκατάσταση των χαμένων οργάνων. Καθένας από αυτούς τους επιστήμονες έχει επιλέξει τον δικό του τρόπο μελέτης του προβλήματος της αναγέννησης και θα σας καταστεί σαφές ότι δεν υπάρχει ένας τρόπος να λυθεί το πρόβλημα. Η κατανόηση του μηχανισμού της αναγέννησης μπορεί να προέλθει μόνο από μια προσεκτική σύγκριση των πληροφοριών που λαμβάνονται χρησιμοποιώντας μια ποικιλία πειραματικών προσεγγίσεων.
ΑΛΙΣΟΝ ΜΠΕΡΝΕΤ. ΑΝΑΠΛΑΣΗ ΥΔΡΑΣ
Η Allison Burnett διδάσκει στο Northwestern University στο Evanston του Ιλινόις. Αφιέρωσε το μεγαλύτερο μέρος της επιστημονικής του δραστηριότητας στη μελέτη της κυτταρικής οργάνωσης και των διαδικασιών ανάπτυξης κατά της Ύδρας (Ύδρα), που ανήκουν στην ίδια ομάδα ασπόνδυλων με τις μέδουσες, τις θαλάσσιες ανεμώνες και τα κοράλλια. Όπως παρατήρησε για πρώτη φορά ο Tremblay το 1740, η αναγεννητική ικανότητα της Ύδρας δεν είναι κατώτερη σε ένταση από την αναγεννητική ικανότητα των πλαναριανών. Επομένως, δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι είναι ακριβώς οι μελέτες της αναγέννησης σε ύδρα και πλανάρια που έχουν αποτελέσει αντικείμενο εκατοντάδων επιστημονικών εκθέσεων σε πολλές γλώσσες του κόσμου. Οι Ύδρας είναι το πιο κοινό αντικείμενο για τη δημιουργία πειραμάτων τόσο για εκπαιδευτικούς όσο και για ερευνητικούς σκοπούς.
Αυτά τα φυτόμορφα ζώα συνήθως ζουν σε λίμνες, προσκολλημένα σε κάποιο είδος υδρόβιου φυτού ή πέτρας με τη βοήθεια ενός κυτταρικού δίσκου (σόλας) που βρίσκεται στη βάση του σώματος. Στο αντίθετο («κεφάλι») άκρο του σωληνοειδούς σώματος της ύδρας βρίσκεται ένα στόμιο που ανοίγει σε μια πεπτική κοιλότητα που μοιάζει με σάκο. Περιβάλλεται από μια στεφάνη από πλοκάμια (από έξι έως δέκα), που κινούνται συνεχώς προς αναζήτηση τροφής. Μία από τις μεθόδους αναπαραγωγής της ύδρας είναι η εκκόλαψη - ο σχηματισμός μικρών προεξοχών ή μπουμπουκιών στο κάτω μέρος του σώματος ενός ασπόνδυλου. Σταδιακά, πλοκάμια και άλλα όργανα τυπικά της ύδρας σχηματίζονται στα αναπτυσσόμενα νεφρά. Τότε η κόρη χωρίζεται από τον γονέα και ξεκινά μια ανεξάρτητη ζωή. Τα μπουμπούκια που προκύπτουν δίνουν στην Ύδρα την εμφάνιση ενός πολυκέφαλου πλάσματος. Η υψηλή αναγεννητική ικανότητα του ζώου χρησίμευσε ως βάση για την ονομασία του από το αρχαιοελληνικό μυθολογικό τέρας της εννιάκεφαλης Ύδρας, το οποίο είναι σε θέση να επαναφέρει εύκολα τα κεφάλια που κόβονται σε έναν αγώνα (Εικ. 33). Στην ύδρα και σε συναφή ζώα, το τοίχωμα του σώματος αποτελείται από κύτταρα που καλύπτουν το σώμα από έξω (εκτόδερμα) και έχουν την ικανότητα να συστέλλονται, και κύτταρα που επενδύουν την πεπτική κοιλότητα (ενδόδερμα). ο χώρος μεταξύ αυτών των δύο στρωμάτων είναι γεμάτος με ένα λεπτό στρώμα ζελατινώδους ουσίας που ονομάζεται μεσογλέα. Τα πιο συνηθισμένα ύδρα σε μήκος δεν ξεπερνούν τα 30 χιλιοστά.
Ο E. Burnett μελέτησε διάφορες ιδιότητες του υδρ. Αφιέρωσε την πρώτη του εργασία στη μελέτη της δομής και της λειτουργίας εξειδικευμένων κυττάρων αυτών των ασυνήθιστων ζώων: νευρικά κύτταρα που δημιουργούν ένα δίκτυο σχηματισμοί νεύρωνστο τοίχωμα του σώματος, χαρακτηριστικό όλων των ομογενών. αδενικά κύτταρα που συνθέτουν το ενδοδερμικό και εκκρίνουν πεπτικά ένζυμα; καθώς και κεντρικά κύτταρα που βρίσκονται στα πλοκάμια, ικανά να πετάξουν έξω μια στριμμένη κλωστή με δηλητήριο που παραλύει μικρά ζώα, θηράματα ύδρας και για λόγους προστασίας. Εκτός από αυτά που αναφέρονται σε πολλά σημεία του σώματος της Ύδρας, μπορούν να βρεθούν μικρά κύτταρα χωρίς ειδικές λειτουργίες. αναφέρονται ως ενδιάμεσα ή "ενδιάμεσα" κύτταρα ("Ι-κύτταρα"),
Ανάπλαση Ύδρας
Ο Burnett αφιέρωσε τα επόμενα πειράματά του στη μελέτη ειδικών αυξητικών παραγόντων, οι οποίοι, κατά τη γνώμη του, απελευθερώνονται από την ύδρα. Υπέρ της ύπαρξης τέτοιων ουσιών, οι παρατηρήσεις σχετικά με τη φύση της αναγέννησης στην ύδρα μίλησαν, ο Burnett και άλλοι ερευνητές κατάφεραν να βρουν ότι η ζώνη ανάπτυξης του ζώου βρίσκεται στο τοίχωμα του σώματος ακριβώς κάτω από τα πλοκάμια. Ο συνεχής σχηματισμός νέων κυττάρων σε αυτή τη ζώνη οδηγεί στο γεγονός ότι τα ώριμα κύτταρα που βρίσκονται κοντά σταδιακά ωθούνται στην άκρη σε δύο αντίθετες κατευθύνσεις - προς τα πλοκάμια και προς τη βάση του σώματος - και νέα κύτταρα, ενώ διαφοροποιούνται, τα αντικαθιστούν. Όταν τα «παλιά» κύτταρα φτάσουν στα άκρα του σώματος της ύδρας, απορρίπτονται στο περιβάλλον υδάτινο περιβάλλον. Σύμφωνα με την παραπάνω υπόθεση, εάν κάποιο από τα εξειδικευμένα κύτταρα πεθάνει πριν από το τέλος της διαδικασίας μετανάστευσης, τη θέση τους παίρνουν τα κοντινά I-κύτταρα, τα οποία υφίστανται αντίστοιχες αλλαγές και αναλαμβάνουν τις λειτουργίες των κυττάρων που αντικαθίστανται. Η τελευταία μέθοδος κυτταρικής αντικατάστασης παρατηρείται πολύ συχνά: τα κεντρικά κύτταρα καταναλώνονται συνεχώς στη διαδικασία σύλληψης του θηράματος και τα αδενικά κύτταρα - στη διαδικασία της πέψης. Ως αποτέλεσμα, το σώμα της ύδρας υφίσταται σχεδόν συνεχή ανανέωση (και με τους δύο τρόπους), για την οποία αυτό το ζώο, όχι χωρίς λόγο, έλαβε το όνομα «αθάνατο».
Εκτός από τους μηχανισμούς αναγέννησης που λειτουργούν συνεχώς, οι ύδρες αναγεννώνται όταν καταστραφούν από πειραματικούς χειρισμούς. Αυτά τα ζώα είναι σε θέση όχι μόνο να αναγεννήσουν οποιοδήποτε από τα χαμένα μέρη, αλλά και να αποκαταστήσουν πλήρως το σώμα από οποιοδήποτε μικρότερο θραύσμα, με εξαίρεση τα πλοκάμια και τα πέλματα. Στη διαδικασία της ανάπτυξης αναγέννησης, σημειώνεται μια σαφής πολικότητα: όταν η ύδρα κόβεται οριζόντια στη μέση, το τμήμα «κεφαλιού», που έχει πλοκάμια, αποκαθιστά τον μίσχο με τη σόλα από την επιφάνεια του τραύματος και αντίστροφα. Με την πρώτη ματιά, η ύδρα έχει μια κλίση ιδιοτήτων κατά μήκος της γραμμής του πλοκαμιού - της σόλας, παρόμοια με αυτή που περιγράφεται στο παράδειγμα των planarians. Ο Μπέρνετ, ωστόσο, πρότεινε διαφορετικά. Λίγο νωρίτερα, μαζί με άλλους ερευνητές, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η ζώνη ανάπτυξης κάτω από τα πλοκάμια εκκρίνει μια ειδική ουσία ανάπτυξης, διεγερτικόςεπεξεργάζομαι, διαδικασία κυτταρική διαίρεση. Τώρα ο Burnett πρότεινε ότι στην ίδια ζώνη παράγεται και υπερβολικόςΗ ανάπτυξη είναι μια ουσία και ότι η διαδικασία τόσο της φυσιολογικής όσο και της αναγεννητικής ανάπτυξης της ύδρας εξαρτάται από τον συνδυασμό αυτών των δύο παραγόντων.
Μοντέλο ανάπτυξης Ύδρας
Για να δείξουν την εγκυρότητα των υποθέσεων τους, οι ερευνητές συχνά καταφεύγουν στη δημιουργία μοντέλων ορισμένων διαδικασιών. Το μοντέλο ρύθμισης της ανάπτυξης της ύδρας που προτείνεται από τον Burnett (Εικ. 34) προτείνει ότι τόσο οι διεγερτικές όσο και οι ανασταλτικές της ανάπτυξης ουσίες μετακινούνται αργά από τον τόπο παραγωγής τους προς τη βάση του σώματος του ζώου και ότι η ουσία που αναστέλλει την ανάπτυξη αποτελείται από "υγρό μόρια που σταδιακά βγαίνουν από το σώμα στο περιβάλλον.
Ποια χαρακτηριστικά της αναγέννησης της ύδρας έδωσαν στον Burnett τη βάση για τη διατύπωση των αρχών του μοντέλου του; Πρώτα απ 'όλα, η φύση της αναγέννησης μετά την ανατομή. Στο πάνω μέρος, που φέρει τα πλοκάμια, παράγονται τόσο ανασταλτικές όσο και διεγερτικές ουσίες. Είναι λογικό να υποθέσουμε ότι θα υπάρξει εξουδετέρωση ενός παράγοντα από έναν άλλο. Και πράγματι, δεν παρατηρούμε την ανάπτυξη πλοκαμιών στο τεμαχισμένο άκρο, αντίθετα, εδώ αρχίζει να σχηματίζεται ένα κοτσάνι με πέλμα και αποκαθίσταται η πολικότητα που χαρακτηρίζει το σώμα του ζώου. Η ανάπτυξη του «κεφαλιού» στην επιφάνεια του τραύματος του κάτω μισού της ύδρας επιβεβαιώνει δύο άλλα αξιώματα της υπόθεσης: πρώτον, σε αυτό το μισό της ύδρας δεν υπάρχουν κύτταρα ικανά να παράγουν ουσία που αναστέλλει την ανάπτυξη και, δεύτερον , το μεγαλύτερο μέρος του, το οποίο θα έπρεπε να έχει φτάσει σε αυτό το μέρος του σώματος που έχει ήδη απελευθερωθεί στο περιβάλλον.
Εκτός από την πολικότητα της αναγεννητικής ανάπτυξης της ύδρας, το μοντέλο Burnett εξηγεί επίσης ορισμένες πτυχές κανονική μορφήτην ανάπτυξή του, ιδίως την αναπαραγωγή με εκβλάστηση. Από την άποψη της υπόθεσης σχετικά με την παρουσία στο σώμα της ύδρας μιας κλίσης διεργασιών ζωής κατά μήκος της γραμμής "πλοκάμι - σόλα", είναι δύσκολο να κατανοήσουμε τον μηχανισμό της εκβλάστησης. Σύμφωνα με το μοντέλο βαθμίδωσης της αναγέννησης στα πλανάρια, ο ρυθμός οποιωνδήποτε βιολογικών διεργασιών είναι πολύ υψηλότερος στο κεφάλι του ζώου, ενώ στην Ύδρα γρήγορη ανάπτυξη, απαραίτητο για την εκκόλαψη, εμφανίζεται σε σημείο του σώματος που απέχει πολύ από το «κεφάλι». Αλλά από την άλλη, η θεωρία του Burnett είναι αυτή που εξηγεί εύκολα το φαινόμενο που παρατηρείται στη φύση. Είναι σημαντικό μόνο να θυμόμαστε ότι ο υποτιθέμενος παράγοντας καταστολής της ανάπτυξης είναι προικισμένος με αυξημένη «ρευστότητα». Αυτό δημιουργεί μια περίσσεια μιας ουσίας που διεγείρει την ανάπτυξη στα κατώτερα μέρη του σώματος της Ύδρας, η οποία εξασφαλίζει την ενεργό ανάπτυξη των θυγατρικών ατόμων στην περιοχή του μίσχου. Στα «νεφρά» αρχίζει σύντομα η ανεξάρτητη παραγωγή μιας ουσίας που αναστέλλει την ανάπτυξη, γεγονός που εξηγεί την πολικότητα του σώματος των νεοσύστατων υδάτων.
Ποια είναι τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά του μοντέλου ρύθμισης της ανάπτυξης της ύδρας του Burnett; Εξηγεί, πρώτον, τόσο την κανονική όσο και την αναγεννητική μορφή ανάπτυξης αυτών των ασπόνδυλων μέσω μιας καθολικής θεωρίας και, δεύτερον, την παρατηρούμενη πολικότητα της ανάπτυξης από την αλληλεπίδραση δύο συγκεκριμένων χημικών παραγόντων. Αυτές είναι εξαιρετικά πολύτιμες ιδέες, αλλά παρόλα αυτά, το μοντέλο του Burnett δεν δίνει οριστική απάντηση σε όλα τα ερωτήματα που σχετίζονται με την αναγέννηση στην ύδρα. Η σημασία του έγκειται κυρίως στο γεγονός ότι μπορεί να χρησιμεύσει ως βάση για περαιτέρω πειραματικές μελέτες, οι οποίες διεξάγονται επί του παρόντος τόσο από τον ίδιο τον Burnett όσο και από άλλους επιστήμονες που ενδιαφέρονται για αυτό το πρόβλημα.
ΜΑΡΚΟΥΣ ΣΙΝΓΕΡ. ΝΕΥΡΟ ΚΑΙ ΑΝΑΠΑΡΑΓΩΓΗ
Έχουμε ήδη συζητήσει τη σημασία των νεύρων σε ορισμένα στάδια της αναγέννησης των άκρων στα αμφίβια. Ο Μάρκους Σίνγκερ της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου του Κλίβελαντ, στο Οχάιο, ήταν ο πρώτος που ενδιαφέρθηκε για τη σχέση μεταξύ νευρικού ιστού και διεργασιών αναγέννησης σε διάφορες πτυχές αυτού του προβλήματος.
Σε πειράματα για την απονεύρωση των μελών του τρίτωνα, ο Singer διαπίστωσε ότι η αναγέννηση εξαρτάται από τη διατήρηση του νεύρου μέχρι το στάδιο του σχηματισμού ενός καλοσχηματισμένου βλαστήματος κολοβώματος. Μια σειρά από περαιτέρω πολύ ενδιαφέρουσες μελέτες επέτρεψαν στον Singer να αποκαλύψει έναν πιθανό τρόπο επιρροής του νευρικού ιστού στη διαδικασία ανάρρωσης. Κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ο νευρικός ιστός εκκρίνει κάποια δραστική ουσίααπαιτείται για να πραγματοποιηθεί η αναγέννηση. Ο Singer μιλά για την ανάγκη μελέτης αυτού του «νευροτροπικού» παράγοντα σε μοριακό επίπεδο.
Η ποιότητα του απαραίτητου νευρικού ιστού
Κάθε νεύρο που βρίσκεται στα άκρα των σπονδυλωτών αποτελείται, όπως ήταν, από δύο μέρη. Ένα από αυτά - αισθητηριακό (ευαίσθητο) - μεταφέρει νευρικές ώσεις από το άκρο στο κεντρικό νευρικό σύστημαανεξάρτητα από τη φύση της διέγερσης του άκρου. Το δεύτερο μέρος είναι κινητικό, μεταφέρει σήματα από το κεντρικό νευρικό σύστημα στους μύες του άκρου, παρέχοντας απόκριση σε διάφορα είδη ερεθισμάτων. Αρχικά, ο Singer προσπάθησε να διαπιστώσει εάν και τα δύο μέρη του νεύρου εμπλέκονται στην αποκατάσταση του άκρου του τρίτωνα. Για να γίνει αυτό, αμέσως πριν τον ακρωτηριασμό του πρόσθιου άκρου του τρίτωνα, ο επιστήμονας διέλυσε είτε όλες τις αισθητήριες απολήξεις των τριών κύριων νεύρων του άκρου, είτε όλες τις κινητικές (Εικ. 35). Αποδείχθηκε ότι η αναγέννηση προχωρά με επιτυχία και με τις δύο παραλλαγές του πειράματος, δηλαδή με τη διατήρηση είτε της κινητικής είτε της αισθητηριακής νεύρωσης. Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η επίδραση του νευρικού ιστού στην αναγέννηση δεν είναι ποιότητα,δεδομένου ότι ο τύπος της νευρικής ίνας που παραμένει στο ανατομικό άκρο δεν επηρεάζει με κανέναν τρόπο την αναγεννητική του ικανότητα. Αλλά τι μπορεί να ειπωθεί ποσοτικόςπλευρά του θέματος; Πώς η ποσότητα του διατηρημένου νευρικού ιστού επηρεάζει τη διαδικασία της αναγέννησης;
Απαιτούμενη ποσότητα νευρικού ιστού
Μια ανάλυση των αποτελεσμάτων προηγούμενων πειραμάτων δείχνει ότι για κανονική ανάρρωσηάκρα, δεν υπάρχει ανάγκη διατήρησης του νευρικού ιστού στη συνήθη ποσότητα. Εξάλλου, η πλήρης αποκατάσταση ενός άκρου χωρίς αισθητικές ή κινητικές νευρικές απολήξεις συμβαίνει με σαφή απώλεια σημαντικού τμήματος των νεύρων. Αλλά, δεδομένου ότι ένα πλήρως απονευρωμένο άκρο δεν είναι ικανό να αναγεννηθεί, φαίνεται να υπάρχει μια ορισμένη ελάχιστη ποσότητα νευρικού ιστού που είναι απαραίτητη για την αναγεννητική του ανάπτυξη. Ο Singer πρότεινε ένα σχέδιο πειραμάτων με τα οποία ήταν δυνατό να καθοριστεί η αξία ενός τέτοιου ελάχιστου.
Τόσο οι αισθητήριες όσο και οι κινητικές απολήξεις των τριών κύριων νεύρων του άκρου αποτελούνται από δέσμες με ορισμένο αριθμό νευρικών ινών που συνδέονται μεταξύ τους με συνδετικό ιστό. Στο πρώτο στάδιο του πειράματος, προσδιορίστηκε ο αριθμός των ινών σε καθένα από τα μέρη αυτών των τριών νεύρων. Προετοιμασμένα για μικροσκόπηση, παρασκευάσματα εγκάρσιων τομών ανέπαφων νεύρων χρωματίστηκαν με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να μετρηθεί ο αριθμός των ινών τόσο στα αισθητήρια όσο και στα κινητικά στοιχεία. Με διάφορες παραλλαγές ανατομής νεύρων σε πειραματόζωα, είναι εύκολο να προσδιοριστεί ο αριθμός των εναπομεινάντων νευρικών στοιχείων - γι 'αυτό, είναι απαραίτητο μόνο να αφαιρέσετε τον αριθμό των τεμαχισμένων από τον ήδη γνωστό αριθμό ινών ενός δεδομένου νεύρου. Τα αποτελέσματα ήταν αρκετά ενδιαφέροντα. Εάν παρέμεναν περισσότερες από 1298 νευρικές ίνες στο άκρο, η αναγέννηση προχωρούσε κανονικά· εάν ο αριθμός τους έπεφτε κάτω από τις 793, η αναγέννηση δεν συνέβαινε. Εάν ο αριθμός των διατηρημένων νευρικών ινών κυμαινόταν από 793 έως 1298, μερικές φορές συνέβαινε αποκατάσταση των άκρων και μερικές φορές όχι. Έτσι, η αναγέννηση παρέχεται από έναν ορισμένο μέσο αριθμό νευρικών ινών (793-1298), το λεγόμενο κατώτατο όριο.
Είναι λογικό να υποθέσουμε ότι η έλλειψη ικανότητας αναγέννησης άκρων σε αυτό ή εκείνο το ζώο μπορεί να οφείλεται στην αποτυχία επίτευξης του οριακού αριθμού των νευρικών ινών. Αλλά περαιτέρω πειράματα από τον Singer έδειξαν ότι η ικανότητα αναγέννησης δεν έχει ακόμη καθοριστεί. συνολικός αριθμόςπου απομένει μετά τον ακρωτηριασμό των νευρικών ινών. Κατέληξε σε αυτό το συμπέρασμα συγκρίνοντας τον αριθμό των νευρικών ινών στα άκρα των ζώων ενός αριθμού ειδών. Σε ζώα που δεν μπορούν να αναγεννηθούν, όπως ποντίκια ή ενήλικοι βάτραχοι, οι αριθμοί που ελήφθησαν ήταν πολύ κάτω από τον αριθμό κατωφλίου σε τρίτωνες. Αλλά μετρώντας τον αριθμό των νευρικών ινών μέσα Ξενόπους, του νοτιοαφρικανικού βατράχου με νύχια, έδειξε απροσδόκητα ότι ο ίδιος μικρός αριθμός νευρικών ινών σε αυτά τα ζώα συνδυάζεται με μια καλά έντονη αναγεννητική ικανότητα, η οποία εκδηλώνεται και στην ενήλικη κατάσταση (Εικ. 36).
Αυτή η αντίφαση επιλύθηκε όταν, εκτός από την καταμέτρηση των ινών, προσδιορίστηκε το μέγεθος των νεύρων των άκρων σε εκπροσώπους διαφόρων ομάδων ζώων. Παράλληλα, αποδείχθηκε ότι νευρικές ίνεςστο Ξενόπουςυπερβαίνουν σημαντικά σε διάμετρο τις ίδιες ίνες σε ποντίκια και ενήλικους βατράχους άλλων ειδών. Ως αποτέλεσμα, ο βαθμός νεύρωσης του άκρου Ξενόπουςσημαντικά υψηλότερο από ό,τι στα συγκριτικά ζωικά είδη με μειωμένη αναγεννητική ικανότητα. Υπό την επίδραση των ληφθέντων δεδομένων, η έννοια του επιπέδου κατωφλίου έπρεπε να αλλάξει ελαφρώς. Τώρα λέει ότι την ικανότητα αναγέννησης κατέχουν τα άκρα των ζώων στα οποία παρέχεται ένα ορισμένο επίπεδο παροχής της ακρωτηριασμένης ζώνης με συνολική ποσότητα νευρικού ιστού, ή νευρόπλασμα.
Σύμφωνα με τον Singer, η έννοια του επιπέδου κατωφλίου εξηγεί με επιτυχία γιατί η ικανότητα αποκατάστασης των άκρων μειώνεται στη διαδικασία της εξέλιξης, παρά τη σαφή εξελικτική «χρησιμότητα» της αναγέννησης. Υποστηρίζει ότι καθώς το κεντρικό νευρικό σύστημα γινόταν πιο περίπλοκο, παρατηρήθηκε σταδιακή μείωση της ποσότητας του νευρικού ιστού στα άκρα. Από αυτή την άποψη, στα ανώτερα σπονδυλωτά, το επίπεδο κατωφλίου της νεύρωσης των άκρων που υποτίθεται από τη θεωρία του δεν επιτυγχάνεται. Παράλληλα, ο Σίνγκερ πιστεύει ότι η φύση δεν έχει θυσιάσει μάταια την ικανότητα να αποκαθιστά τα άκρα, ακολουθώντας τον δρόμο της ολοένα μεγαλύτερης βελτίωσης του κεντρικού νευρικού συστήματος. Η απόκτηση της ικανότητας λήψης γρήγορων αποφάσεων που επιτρέπουν σε ένα ζώο να αμυνθεί αποτελεσματικά ενάντια στους εχθρούς έχει μεγαλύτερη εξελικτική αξία από την ικανότητα να αναγεννήσει τα χαμένα μέρη του σώματος.
Πώς τα νεύρα διεγείρουν την ανάπτυξη των ιστών;
Το επόμενο βήμα ήταν η μελέτη των μηχανισμών επίδρασης του νευρικού ιστού στην αναγέννηση. Ο Singer πρότεινε ότι στα αρχικά στάδια της αναγέννησης, μια συγκεκριμένη χημική ουσία που εκκρίνεται από τα νεύρα έχει ρυθμιστική δράση. Η απονεύρωση ενός άκρου σαλαμάνδρας κατά τη διάρκεια του σχηματισμού βλαστήματος σταματά την αναγέννηση λόγω του γεγονότος ότι σταματά η παραγωγή αυτής της ουσίας. Τι γίνεται όμως αν μετά την απονεύρωση αντισταθμιστεί με κάποιο τρόπο η απουσία του υποτιθέμενου ρυθμιστή χημικού παράγοντα; Το πιο δύσκολο κομμάτι αυτών των πειραμάτων αποδείχτηκε ότι ήταν η εύρεση ενός τρόπου αντιμετώπισης των απονευρωμένων αναγεννημένων μελών των σαλαμάνδρων με διάφορες χημικές ουσίες. Δοκίμασε την εφαρμογή των αντιδραστηρίων απευθείας στην επιφάνεια του κολοβώματος ή την ένεση τους στον ιστό με μια σύριγγα. Σε καμία όμως περίπτωση δεν συνεχίστηκε η αναγέννηση του απονευρωμένου κολοβώματος. Ήταν επίσης αδύνατο να αποκλειστεί η πιθανότητα ότι το χημικό διεγερτικό που περιέχεται στα σκευάσματα που χρησιμοποιούνται απλώς δεν έφτασε στο βλάστημα, όπως συμβαίνει όταν εκκρίνεται από νεύρα σε φυσικές συνθήκες. Για να λύσει αυτό το πρόβλημα, ο Singer πρότεινε μια ειδική συσκευή, η οποία υποτίθεται ότι θα αναπαράγει τη φυσιολογική δραστηριότητα των νεύρων με τον πλησιέστερο δυνατό τρόπο, απελευθερώνοντας σταδιακά τις δοκιμασμένες ουσίες απευθείας στο βλάστημα του άκρου. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται έγχυση, γι' αυτό η εφεύρεση ονομάστηκε συσκευή μικροέγχυσης Singer.
Μικροέγχυση
Η συσκευή που προτείνει ο Singer προορίζεται για τη συνεχή ροή μικρών όγκων υγρού μέσω των άκρων τρίτωνων που απονευρώνονται σε πρώιμο στάδιο αναγέννησης. Η λειτουργία της συσκευής βασίζεται στην περιστροφή του μηχανισμού του ρολογιού, ο οποίος μετατρέπεται σε μεταφορική κίνηση της βίδας. Η βίδα, με τη σειρά της, κινεί ένα μικρό έμβολο υποδερμική σύριγγατροφοδοτώντας το διάλυμα σε ένα λεπτό πλαστικό σωλήνα που εισάγεται στη θέση της βελόνας. Το ελεύθερο άκρο του σωλήνα τελειώνει με ένα γυάλινο τριχοειδές, το οποίο εισάγεται στην περιοχή του ώμου του τρίτωνα μετά την αναισθησία του ζώου και στη συνέχεια διεισδύει στους ιστούς του κολοβώματος και του βλαστήματος. Το τμήμα βίδας του μηχανισμού μπορεί να συνδεθεί σε μια κινητή πλάκα που πιέζει από τα έμβολα ενός αριθμού σύριγγων - αυτή η τροποποίηση καθιστά δυνατή την ταυτόχρονη έγχυση πολλών τρίτωνων (Εικ. 37).
Οι τρίτωνες διατηρούνται υπό αναισθησία για έως και πέντε ώρες, κατά τη διάρκεια της οποίας εγχύονται διάφορες χημικές ουσίες στο αναγεννόμενο μέλος. Για να είναι το έγχυμα φυσική διαδικασίαη απελευθέρωση χημικών ουσιών από τον νευρικό ιστό, οι ελάχιστοι όγκοι των δοκιμασμένων διαλυμάτων - περίπου 0,001 χιλιοστόλιτρα την ώρα - εισέρχονται στο άκρο.
Ο Singer πρότεινε ότι η πιο πιθανή ουσία που επηρεάζει την αναγεννητική ικανότητα μπορεί να είναι ο νευροδιαβιβαστής (πομπός της νευρικής έντασης) ακετυλοχολίνη. Υπήρχαν αρκετοί λόγοι για αυτή την υπόθεση. Πρώτον, είναι γνωστό ότι η ακετυλοχολίνη απελευθερώνεται από τον νευρικό ιστό κατά τη διάρκεια της μετάδοσης παλμών. Δεύτερον, κατά τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε ακετυλοχολίνη στο άκρο σε διάφορα στάδια αναγέννησης, διαπιστώθηκε ότι στα λεγόμενα νευροεξαρτώμενα στάδια, η ποσότητα της αποδείχθηκε μεγαλύτερη από ό,τι στον κανονικό ιστό. Μετά το σχηματισμό του βλαστήματος και κατά τη φάση της επανεξειδίκευσης, η περιεκτικότητα σε ακετυλοχολίνη επανήλθε σε κανονικό επίπεδο(Εικ. 38).
Στα αναγεννητικά άκρα των τρίτωνων παντού διαφορετικές περιόδουςχρόνο χορηγήθηκαν διάφορες συγκεντρώσεις ακετυλοχολίνης. Φαινόταν πολύ πιθανό ότι η έγχυση ακετυλοχολίνης θα παρείχε, τουλάχιστον σε ορισμένες περιπτώσεις, τη δυνατότητα αναγέννησης του απονευρωμένου μέλους. Όμως οι προσδοκίες δεν ικανοποιήθηκαν. Η έγχυση απονευρωμένων άκρων δεν οδήγησε ποτέ στην ολοκλήρωση της διαδικασίας αναγέννησης.
Παρά την απογοήτευση που προκλήθηκε από το αποτέλεσμα αυτών των πειραμάτων, θα πρέπει να θεωρείται πολύτιμο, καθώς αποκλείει ένα από τα πιθανούς μηχανισμούςεπιρροή του νευρικού ιστού στην αναγέννηση και επιτρέπει στους ερευνητές να επικεντρωθούν στην αναζήτηση εναλλακτικών λύσεων.
Μοριακή βιολογία και αναγέννηση άκρων
Η φύση της ουσίας με την οποία ο νευρικός ιστός επηρεάζει την αναγέννηση των άκρων παραμένει ακόμα ασαφής. Οι ερευνητές που ασχολούνται με αυτό το θέμα προσπάθησαν πρόσφατα να αποκρυπτογραφήσουν τον μηχανισμό δράσης των νεύρων στα αναγεννητικά κύτταρα, ελπίζοντας με αυτόν τον τρόπο να προσδιορίσουν τι εμπλέκεται σε αυτή η διαδικασίαουσία.
Όταν ένα άκρο απονευρώνεται στο στάδιο του σχηματισμού βλαστήματος, η διαδικασία αναγέννησης διακόπτεται, υποδεικνύοντας ότι τα κύτταρα βλαστήματος έχουν πάψει να λειτουργούν. Είναι πολύ λογικό να υποθέσουμε ότι η απονεύρωση επηρεάζει ένα από τα πιο σημαντικές λειτουργίεςκύτταρα, δηλαδή τη διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης.
Οι λεπτομέρειες της διαδικασίας της πρωτεϊνοσύνθεσης στα κύτταρα περιγράφονται σε οποιοδήποτε εγχειρίδιο βιολογίας, αλλά εν συντομία μπορούν να διατυπωθούν ως εξής. Τα μόρια DNA, που βρίσκονται στον πυρήνα κάθε κυττάρου, περιέχουν κωδικοποιημένες πληροφορίες για τη σύνθεση διαφόρων πρωτεϊνών. Χρησιμεύουν ως ένα είδος μήτρας για το σχηματισμό μορίων αγγελιαφόρου RNA που μεταφέρουν τις καθορισμένες πληροφορίες σε ριβοσώματα που βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων. Εδώ λαμβάνει χώρα η διαδικασία συναρμολόγησης πρωτεϊνών από μεμονωμένα «δομικά στοιχεία», τα οποία είναι αμινοξέα. Σε πειράματα που χρησιμοποιούν ραδιενεργά ισότοπα, ο Singer και οι συνεργάτες του προσπάθησαν να προσδιορίσουν ποια επίδραση έχει η απονεύρωση του άκρου ενός τρίτωνα στην πρώιμη φάση του σχηματισμού βλαστήματος στη σύνθεση πρωτεϊνών στα κύτταρα των άκρων. Προέκυψαν από το γεγονός ότι κατά τη διάρκεια της απονεύρωσης αυτός ο τύπος κυτταρικής δραστηριότητας πρέπει να σταματήσει ή τουλάχιστον να μειωθεί.
Τα αμινοξέα, όπως και πολλές άλλες χημικές ουσίες, μπορούν να «επισημανθούν» εάν κάποια από τα στοιχεία αντικατασταθούν με ραδιενεργά. Η ένταση της ενσωμάτωσης σημασμένων αμινοξέων σε μόρια πρωτεΐνης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του επιπέδου πρωτεϊνικής σύνθεσης στα κύτταρα βλαστήματος. Αντίστοιχα, η επίδραση της απονεύρωσης θα πρέπει να εκδηλωθεί σε μια αλλαγή στο επίπεδο ενσωμάτωσης σημασμένων αμινοξέων σε πρωτεΐνες που συντίθενται από κύτταρα βλαστήματος.
Έτσι, επισημασμένα αμινοξέα εισήχθησαν στον ιστό των αναγεννημένων άκρων των τρίτωνων. Για να αναγνωρίσετε την ετικέτα στο αυτή η υπόθεσηχρησιμοποίησε όχι αυτοραδιογραφία, αλλά άλλη μέθοδο. Σε διαφορετικούς χρόνους μετά την εισαγωγή των επισημασμένων αμινοξέων, ελήφθη ένα βλάστημα, λειοτριβήθηκε και απομονώθηκαν πρωτεΐνες. Δείγματα των ληφθέντων υλικών τοποθετήθηκαν σε έναν μετρητή σπινθηρισμού - μια συσκευή που σας επιτρέπει να προσδιορίσετε το επίπεδο ραδιενέργειας που απελευθερώνεται από μια ορισμένη ποσότητα πρωτεΐνης ανά λεπτό.
Τα αποτελέσματα των πειραμάτων επιβεβαίωσαν την αρχική υπόθεση: η παρασκευή πρωτεϊνών κυττάρων βλαστήματος από απονευρωμένα άκρα ήταν σημαντικά λιγότερο ραδιενεργή σε σύγκριση με ένα παρόμοιο παρασκεύασμα από άκρα όπου διατηρήθηκε η νεύρωση. Έτσι, η πρωτεϊνοσύνθεση στα κύτταρα βλαστήματος εξαρτάται πραγματικά από την παρουσία μιας ουσίας που εκκρίνεται από τον νευρικό ιστό. Για να επιβεβαιώσει αυτό το συμπέρασμα, ο Singer διεξήγαγε πειράματα για την καλλιέργεια νευρικού ιστού και έγχυσε το υλικό από τις καλλιέργειες στα βλαστήματα των αναγεννόμενων άκρων, τα οποία είχαν προηγουμένως απονευρωθεί. Στη συνέχεια επανέλαβε το πείραμα με μια μελέτη ραδιοϊσοτόπων της πρωτεϊνικής σύνθεσης από κύτταρα βλαστήματος. Μετά την έγχυση υλικού από καλλιέργειες νευρικού ιστού, τα κύτταρα βλαστήματος των απονευρωμένων άκρων περιελάμβαναν επισημασμένα αμινοξέα με περίπου την ίδια ένταση όπως τα κύτταρα βλαστήματος με διατηρημένη νεύρωση.
Έτσι, εντοπίστηκε για πρώτη φορά στις μοριακό επίπεδοη επίδραση μιας ουσίας που απελευθερώνεται από τον νευρικό ιστό που επηρεάζει τη διαδικασία αναγέννησης του άκρου. Η ανακάλυψη, σημαντική από μόνη της, αλλά και γενικότερης σημασίας, κέντρισε το ενδιαφέρον των επιστημόνων για αυτή την πτυχή του προβλήματος της αναγέννησης και έθεσε τα θεμέλια για τη μελέτη των ειδικών ρυθμιστικών μηχανισμών αυτού του βιολογικού φαινομένου.
ELIZABETH HAY. ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΩΝ ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟΥ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟΥ
Ηλεκτρονικές μικροσκοπικές μελέτες που πραγματοποιήθηκαν από την Elizabeth Hay στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ συνέβαλαν πολύ στην κατανόηση της μοίρας των μεμονωμένων κυττάρων κατά την αναγέννηση. Με τη βοήθεια ενός οπτικού μικροσκοπίου, όπως ήδη γνωρίζουμε, προσδιορίστηκε η γενική αλληλουχία αλλαγών στο επίπεδο των κυττάρων που συμβαίνουν στα αναγεννητικά άκρα των σαλαμάνδρων στα στάδια της αποδιαφοροποίησης, του σχηματισμού βλαστήματος και της επαναδιαφοροποίησης. Ωστόσο, ο περιορισμός των μεγεθύνσεων που μπορούν να επιτευχθούν σε ένα οπτικό μικροσκόπιο άφησε πολλά ερωτήματα αναπάντητα. Για παράδειγμα, κατά τη μελέτη της αναγέννησης σε πλανάρια, η μικροσκοπία δεν μπόρεσε να απαντήσει εάν ο σχηματισμός του βλαστήματος συμβαίνει λόγω της μετανάστευσης των εφεδρικών νεοβλαστικών κυττάρων ή λόγω της αποδιαφοροποίησης των ώριμων κυττάρων. flatworm. Οι προσεκτικές μικροσκοπικές μελέτες ηλεκτρονίων που πραγματοποιήθηκαν από τον E. Hay κατέστησαν δυνατή την επίλυση ορισμένων από σημαντικά ζητήματααναγέννηση σε ασπόνδυλα και σπονδυλωτά και λάβετε πολλές πρόσθετες πληροφορίες.
Κύτταρα του αναγεννόμενου άκρου
Κατά τη χρήση ενός συμβατικού οπτικού μικροσκοπίου, τρία βασικά ερωτήματα παρέμειναν άλυτα στη μελέτη των κυττάρων των αναγεννόμενων άκρων των σαλαμάνδρων. Το πρώτο από αυτά αναφερόταν στα επιμέρους συστατικά του κυττάρου, τα οργανίδια. Θεωρήθηκε ότι τα οργανίδια των κολοβωμάτων εμπλέκονται ενεργά στο σχηματισμό του βλαστήματος. Τι αλλαγές όμως υφίστανται τα οργανοειδή κατά την αποδιαφοροποίηση των ώριμων κυττάρων; Οι λεπτομέρειες αυτής της διαδικασίας δεν μπορούν να μελετηθούν με οπτικό μικροσκόπιο.
Το δεύτερο ερώτημα προέκυψε από τα δεδομένα της οπτικής μικροσκοπίας, τα οποία έδειξαν ότι τα κύτταρα που αποτελούν το βλάστημα του άκρου δεν φέρουν ίχνη προέλευσης από το ένα ή το άλλο «γονικό» κύτταρα και δεν διακρίνονται μεταξύ τους στη δομή. Τα βλαστεματικά κύτταρα είναι πραγματικά πανομοιότυπα; Αυτό υποδείχτηκε από πολλά δεδομένα, αλλά και πάλι ήταν αδύνατο να αποκλειστούν κάποιες αόρατες διαφορές σε ένα οπτικό μικροσκόπιο. Χρειαζόταν περισσότερη έρευνα για να αποδειχθεί ότι τα βλαστεματικά κύτταρα είχαν πράγματι χάσει Ολαδομικά χαρακτηριστικά διαφοροποιημένων κυττάρων.
Το τρίτο πρόβλημα αφορούσε την ασάφεια στο ερώτημα ποιοι ακριβώς ιστοί του άκρου υφίστανται αποδιαφοροποίηση και αποτελούν μέρος του βλαστήματος. Ειδικότερα, αυτό ίσχυε για την απώλεια εξειδίκευσης του μυϊκού ιστού του κολοβώματος. Μικρογραφίες που ελήφθησαν σε οπτικό μικροσκόπιο έδειξαν ότι τα τεμαχισμένα άκρα των μυών του άκρου γίνονται «ατημέλητα» στο στάδιο «αποσυναρμολόγησης» μετά τον ακρωτηριασμό, και ορισμένα μυϊκά κύτταρα σε αυτήν την περιοχή διαχωρίζονται από την κύρια μυϊκή μάζα, αποδιαφοροποιούνται και μεταναστεύουν στο Οι ερευνητές ήταν της άποψης ότι ο μυϊκός ιστός δεν υπόκειται στη διαδικασία της αποδιαφοροποίησης. Πίστευαν ότι μετά την απελευθέρωση των κατεστραμμένων άκρων των ανέπαφων μυών από τα κυτταρικά υπολείμματα, υπάρχει μια άμεση αναγέννηση νέου μυϊκού ιστού και η διείσδυση των μυών στο νεοσχηματισμένο τμήμα του άκρου. Οι ηλεκτρονικές μικροσκοπικές παρατηρήσεις του Hay κατέστησαν δυνατή τη λεπτομερέστερη μελέτη της δομής του κυτταροπλάσματος των αναγεννημένων κυττάρων και έδωσαν απάντηση σε αυτά τα ερωτήματα. Όπως πιθανότατα έχετε ήδη καταλάβει, για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης. Μελετήθηκαν εξαιρετικά λεπτά τμήματα φυσιολογικών και αναγεννημένων άκρων αξολότλη με ιδιαίτερη προσοχή στη δομή των μυϊκών και χόνδρινων κυττάρων, καθώς τα κύτταρα αυτά ανιχνεύονται εύκολα στην ώριμη κατάσταση από τις συγκεκριμένες ουσίες που εκκρίνουν.
Καταρχήν διαπιστώθηκε η φύση των κυττάρων των δύο αναφερθέντων τύπων στο μη ακρωτηριασμένο άκρο. Στο κυτταρόπλασμα των ώριμων κυττάρων χόνδρου, σε υψηλές μεγεθύνσεις, πολυάριθμες μεμβράνες και ριβοσώματα ήταν σαφώς ορατά - μικρά ενδοκυτταρικά σωματίδια που χρησιμεύουν για τη συγκέντρωση πρωτεϊνών από αμινοξέα. Τα ριβοσώματα ήταν σε στενή σύνδεση με τις δομές της μεμβράνης. Μπορείτε να σκεφτείτε μια άλλη περίπτωση που ανακαλύφθηκε ένα παρόμοιο μοτίβο; Ναι, έχουμε ήδη δει κάτι παρόμοιο σε ηλεκτρονικές μικρογραφίες ινοβλαστών που εμπλέκονται στη διαδικασία επούλωσης του τραύματος. Η μήτρα που περιβάλλει τα κύτταρα του χόνδρου περιέχει κολλαγόνο, όπως και οι ουλώδεις ιστοί που σχηματίζονται από τους ινοβλάστες, έτσι και οι δύο τύποι κυττάρων συνθέτουν μόρια αυτής της πρωτεΐνης σε ριβοσώματα που σχετίζονται με τις μεμβράνες. Στα χόνδρινα κύτταρα ενός φυσιολογικού άκρου εντοπίζεται επίσης το σύμπλεγμα Golgi, το οποίο είναι χαρακτηριστικό για τα αδενικά κύτταρα. Στα ώριμα μυϊκά κύτταρα, σχεδόν ολόκληρος ο χώρος του κυτταροπλάσματος καταλαμβάνεται από δέσμες συσταλτικού υλικού, η εγκάρσια ραβδώσεις των οποίων ανιχνεύεται καθαρά με μεγεθύνσεις του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου.
Ηλεκτρονικές μικρογραφίες έδειξαν ότι τα μυϊκά κύτταρα υφίστανται μετασχηματισμό σε ιστούς βλαστήματος. Στα σκευάσματα που έλαβε ο Hay στα αρχικά στάδια της αναγέννησης, στα σημεία ανατομής του μυϊκού ιστού, ανάμεσα στους πολλούς πυρήνες των υπόλοιπων ανέπαφων μυών, ήταν ορατά τα όρια των νεοσχηματισθέντων κυττάρων. Εδώ βρέθηκαν επίσης μικρά κύτταρα, καθένα από αυτά είχε έναν πυρήνα. Αργότερα, αυτά τα κύτταρα προφανώς μετανάστευσαν στην επιφάνεια του τραύματος του άκρου και έγιναν κύτταρα βλαστήματος.
Όταν εξετάστηκαν κάτω από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, τα κύτταρα του πρώιμου βλαστήματος του άκρου αξολότλη διακρίθηκαν σαφώς από τα ώριμα κύτταρα μυών ή χόνδρων (Εικ. 39). Για παράδειγμα, οι κυτταροπλασματικές μεμβράνες των κυττάρων βλαστήματος κατακερματίστηκαν και τα ριβοσώματα ήταν ελεύθερα διασκορπισμένα σε όλο το κυτταρόπλασμα και δεν προσκολλήθηκαν στις μεμβράνες. Αν και το σύμπλεγμα Golgi στα κύτταρα βλαστήματος παρέμεινε διακριτό, ήταν πολύ μικρότερο σε σύγκριση με το σύμπλεγμα Golgi στα ώριμα κύτταρα χόνδρου. Το κυτταρόπλασμα των βλαστεματικών κυττάρων ήταν εξαιρετικά ανεπαρκώς αναπτυγμένο, αλλά οι πυρήνες ήταν γιγαντιαίοι σε μέγεθος και περιείχαν διακριτούς πυρήνες. Τέλος, δεδομένου ότι η μελέτη της υπερδομής των κυττάρων βλαστήματος δεν αποκάλυψε καν ίχνη μήτρας χόνδρου ή μυϊκών ινιδίων, επιβεβαιώθηκε πλήρως το συμπέρασμα που προέκυψε με οπτική μικροσκοπία ότι τα κύτταρα βλαστήματος ήταν πανομοιότυπα.
Ηλεκτρονικές μικροφωτογραφίες που λήφθηκαν κατά τη διάρκεια της περιόδου επαναδιαφοροποίησης έδειξαν ότι τα «απλοποιημένα» οργανίδια των κυττάρων βλαστήματος υφίστανται σταδιακές αλλαγές καθώς το άκρο ανακάμπτει, η φύση των οποίων καθορίζεται από το ποια εξειδικευμένα κύτταρα εμφανίζονται στη θέση του βλαστήματος. Στα κεντρικά τοποθετημένα προγονικά κύτταρα χόνδρου, σταδιακά «εκδηλώνονται» κυτταροπλασματικές μεμβράνες με ριβοσώματα προσαρτημένα σε αυτά, το σύμπλεγμα Golgi γίνεται πιο έντονο και σύντομα η εξωκυτταρική μήτρα αρχίζει να ανιχνεύεται γύρω από τα κύτταρα. σε όμορφη όψιμα στάδιααναγέννηση, όταν τα όρια των αναγεννόμενων οστών είναι ήδη καθαρά ορατά, τα μελλοντικά μυϊκά κύτταρα που βρίσκονται στα εξωτερικά μέρη του βλαστήματος δεν έχουν ακόμη σημάδια επανεξειδίκευσης. Αλλά τότε εμφανίζονται και αυτά τα σημάδια, τα κύτταρα επιμηκύνονται και συσταλτικό υλικό αρχίζει να ανιχνεύεται στο κυτταρόπλασμα. Ακόμα αργότερα, τα κύτταρα συγχωνεύονται και σχηματίζουν ένα τυπικό μυϊκός ιστός(Εικ. 40). Έτσι, η κυτταρολογική μελέτη της φάσης επαναεξειδίκευσης των αναγεννόμενων άκρων του axolotl κατέστησε δυνατή την απάντηση και στα τρία ερωτήματα που τέθηκαν στην αρχή της ενότητας.
Ηλεκτρονική μικροσκοπία και αναγέννηση σε πλανάρια
Πολλοί ερευνητές έχουν βρει ομάδες εντελώς μη εξειδικευμένων κυττάρων που βρίσκονται σε διαφορετικά μέρη του σώματος των επίπεδων σκουληκιών σε ένα οπτικό μικροσκόπιο. Αυτά τα κύτταρα δεν είχαν καμία ευδιάκριτη διαφορά και διέφεραν μόνο στη φύση της χρώσης του κυτταροπλάσματός τους με ορισμένες χρωστικές. Δεδομένου ότι μετανάστευσαν προς τις επιφάνειες του τραύματος και συμμετείχαν στο σχηματισμό του βλαστήματος, ονομάστηκαν εφεδρικά κύτταρα (νεοβλάστες). Θεωρήθηκε ότι οι νεοβλάστες είναι κοινοί σε όλους τους τύπους επίπεδων σκουληκιών. Ο Hay διεξήγαγε πρόσφατα μια ηλεκτρονική μικροσκοπική μελέτη αυτών των εφεδρικών κυττάρων σε φυσιολογικούς και αναγεννούμενους πλανάρια. Το πρώτο πράγμα που βρήκε στα κύτταρα κανονικός flatworms, είναι ένας σημαντικός αριθμός δομικών λεπτομερειών που υποδηλώνουν ότι τα κύτταρα που μελετήθηκαν δεν ήταν με την πλήρη έννοια της λέξης μη εξειδικευμένα. Οι υψηλές μεγεθύνσεις του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου κατέστησαν δυνατή την εμφάνιση εκκριτικών κόκκων και δομών του συμπλέγματος Golgi σε αυτά τα κύτταρα - σαφείς "οριακούς πυλώνες" αδενικών κυττάρων. Υπήρχε η υπόθεση ότι τα αποθεματικά κύτταρα έχουν σχεδιαστεί όχι τόσο για να ανταποκρίνονται σε ορισμένους τύπους βλάβης, αλλά για μια ορισμένη μόνιμη λειτουργία - την παραγωγή και έκκριση βλέννας. Η βλέννα καλύπτει το σώμα του σκουληκιού και του επιτρέπει να κινείται μέσα από διάφορες επιφάνειες με τη βοήθεια μυϊκών συσπάσεων.
Στο αναγεννητικόΗ επίπεδη ηλεκτρονική μικροσκοπία αποκάλυψε περίεργα κυτταρικά ρεύματα κατευθυνόμενα προς την επιφάνεια του τραύματος. Ωστόσο, όχι μόνο αδενικά κύτταρα, αλλά και μια σειρά από άλλα εξειδικευμένα κύτταρα βρέθηκαν σε αυτά τα ρεύματα. Αργότερα, κοντά στο σημείο της ανατομής του σκουληκιού, τα μεταναστευτικά κύτταρα έχασαν σταδιακά τα χαρακτηριστικά της εξειδίκευσής τους, δηλαδή αποδιαφοροποιήθηκαν με τον ίδιο ακριβώς τρόπο όπως τα κύτταρα στα αναγεννητικά άκρα των αμφιβίων. Όταν έφτασαν στην επιφάνεια του τραύματος, όλα τα μεταναστευτικά κύτταρα αποδιαφοροποιήθηκαν πλήρως και ήταν έτοιμα για σχηματισμό βλαστήματος. Οι νεομπλαστές ήταν έτσι εντελώς περιττές.
Όπως μπορείτε να δείτε, το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σε πολλές περιπτώσεις επιβεβαιώνει δεδομένα που βασίζονται σε παρατηρήσεις σε οπτικό μικροσκόπιο. Αυτά ήταν τα αποτελέσματα μιας λεπτομερούς μελέτης των κυττάρων του αναγεννόμενου άκρου. Αλλά στην περίπτωση των επίπεδων εφεδρικών κυττάρων, τα δεδομένα της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας δεν συμφωνούσαν με τα αποτελέσματα που λήφθηκαν νωρίτερα με τη βοήθεια μιας λιγότερο προηγμένης τεχνικής. Από αυτή την άποψη, μερικές φορές είναι απαραίτητο να επανεξεταστούν αντικείμενα που φαίνεται να έχουν μελετηθεί εδώ και πολύ καιρό, μετά την οποία οι διατάξεις που έχουν θεσπιστεί στην επιστήμη συχνά αναθεωρούνται.
ΡΙΤΣΑΡΝΤ ΓΚΟΣ. ΠΟΙΚΙΛΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ
Ο Richard Goss είναι στο Πανεπιστήμιο Brown στο Providence του Rhode Island. Αφιέρωσε τη ζωή του στη μελέτη του προβλήματος της αναγέννησης διάφορα σώματασε ένα πολύ ευρύ φάσμα ζώων. Θα παραθέσουμε εδώ μόνο δύο από τα έργα του, χαρακτηρίζοντας το εξαιρετικό εύρος των ερευνητικών του ενδιαφερόντων. Θα μιλήσουμε για την αναγέννηση των γευστικών κεραιών (μικρές ευαίσθητες εκφύσεις που μοιάζουν με μουστάκια που περιβάλλουν το άνοιγμα του στόματος σε εκπροσώπους ορισμένων ειδών ψαριών) και μεγάλα διακλαδισμένα κέρατα σε ελάφια και άλκες, που μερικές φορές φτάνουν τα 130 εκατοστά σε μήκος.
Αναγέννηση των γευστικών βλαστών
Το γατόψαρο (στα αγγλικά "catfish", κυριολεκτικά "γατόψαρο") πήρε το όνομά του ακριβώς λόγω των εξαιρετικά έντονων γευστικών κεραιών, που θυμίζουν πολύ μουστάκια γάτας. Ο Δρ Γκος ανακάλυψε ότι όταν μια τέτοια μπάρα αποκόπτεται από ένα γατόψαρο, στη θέση του σχηματίζεται ένα βλάστημα και η χαμένη διαδικασία αναγεννάται. Στο εξέταση με μικροσκόπιοη δομή των κεραιών αποδείχθηκε πολύ απλή: καθεμία από αυτές περιείχε νεύρα και αιμοφόρα αγγεία, η βάση του οργάνου ήταν μια χόνδρινη ράβδος και στην κορυφή κάτω από το στρώμα της επιδερμίδας υπήρχε ένας γευστικός κάλυκος.
Μια πειραματική μελέτη αυτού του μικροσκοπικού συστήματος αναγέννησης αποκάλυψε μια σειρά από ενδιαφέροντα γεγονότα. Το βλάστημα που σχηματίστηκε μετά την αποκοπή των κεραιών σχηματίστηκε μόνο από αποδιαφοροποιημένα κύτταρα χόνδρου. Εάν η χόνδρινη ράβδος αφαιρέθηκε μέσω μιας μικρής τομής στη βάση των κεραιών και στη συνέχεια κόπηκε η ίδια η κεραία, το βλάστημα δεν σχηματιζόταν και η διαδικασία δεν αναγεννόταν. Δεδομένου ότι η χόνδρινη ράβδος αποδείχθηκε απαραίτητη για την αναγέννηση της κεραίας, ήταν λογικό να υποθέσουμε ότι εάν πολλές ράβδοι (μέχρι τέσσερις είναι δυνατές) τοποθετηθούν σε μία κεραία, τότε μετά τον ακρωτηριασμό της κεραίας με τη διασταύρωση όλων των ράβδους, η διαδικασία ανάδυσης θα περιέχει τόσες ράβδους όσες υπήρχαν στο κούτσουρο. Αλλά το πείραμα αποκάλυψε μόνο μία ράβδο στον αναγεννούμενο τρύπα. Προφανώς, η γεύση cirri blastema είναι «προγραμματισμένη» για το σχηματισμό ενός κανονικού αριθμού ράβδων στη διαδικασία και η παρουσία πρόσθετων δομών στο κούτσουρο δεν επηρεάζει την κανονική ανάπτυξη.
Αναγέννηση ελαφοκέρατου
Αργότερα, ο Γκος εστίασε την προσοχή του στη μελέτη της αναγέννησης των ελαφιών σε ελάφια. Η περιοδική φυσική αντικατάσταση αυτών των δομών είναι προφανώς το μόνο παράδειγμα αναγέννησης ενός τόσο πολύπλοκου οργάνου στα θηλαστικά. Ωστόσο, δείχνει ότι ακόμη και στα θερμόαιμα ζώα είναι δυνατή η ανάρρωση. μεγάλα μέρησώμα. Επομένως, το μεγάλο ενδιαφέρον που δείχνουν πολλοί ερευνητές για τη μελέτη αυτής της μορφής αναγέννησης δεν προκαλεί έκπληξη. Εξαιτίας αυτού γενικό χαρακτήραΗ ανάπτυξη και η τύχη ορισμένων κυττάρων κατά την αποκατάσταση των κέρατων ελαφιού, καθώς και το γεγονός της ορμονικής εξάρτησης της διαδικασίας αναγέννησης, έχουν μελετηθεί αρκετά καλά. Ο Γκος, ωστόσο, κατάφερε να ανοίξει Πρόσφαταμια σειρά νέων τρόπων επηρεασμού των φυσικών σημάτων για την τόνωση της ορμονικής δραστηριότητας του σώματος.
Στην πρώιμη περίοδο ανάπτυξης στα αρσενικά ελάφια, και στις δύο πλευρές του κρανίου, κάπως πάνω και πίσω από τα μάτια, εμφανίζονται μικρές εκφύσεις οστών ή κολοβώματα. Αργότερα, σε αυτά τα σημεία σχηματίζονται μαλακά στρογγυλεμένα "μπουμπούκια κέρατος", τα οποία στη συνέχεια επιμηκύνονται και διακλαδίζονται. Η ανάπτυξη και ανάπτυξη του κέρατος συμβαίνει από το πάνω άκρο του, αλλά η οστεοποίηση των κυττάρων του χόνδρου πραγματοποιείται σταδιακά καθώς απομακρύνονται από τη βάση του κέρατος από κάτω προς τα πάνω. Μια παρόμοια κλίση διαφοροποίησης των ιστών σημειώνεται κατά τη διάρκεια κάθε κύκλου αναγέννησης του κέρατου.
Στα εύκρατα αρσενικά ελάφια, η αποβολή και η εκ νέου ανάπτυξη των ελαφιών συμβαίνει ετησίως και παρατηρούνται αρκετά σημαντικές διακυμάνσεις σε διαφορετικά είδη τόσο στο μέγεθος των ελαφιών όσο και στην ένταση της διαδικασίας αποκατάστασής τους. Ο Γκος συνέταξε πίνακες που δείχνουν ότι τα μεγαλύτερα ζώα μεγαλώνουν κέρατα πιο γρήγορα. Οι άλκες, οι μεγαλύτεροι εκπρόσωποι της οικογένειας των ελαφιών, μπορούν να έχουν κέρατα μήκους έως 129,5 εκατοστά και να αναπτύσσονται με ρυθμό 2,75 εκατοστών την ημέρα (Εικ. 41, Α, Β). Σε όλα τα ελάφια, καθώς το αναπτυσσόμενο κέρατο οστεοποιείται, τα αιμοφόρα αγγεία που το διεισδύουν φράζουν από οστικό ιστό και το δέρμα με κοντό χοντρό τρίχωμα («βελούδινο») που καλύπτει τα κέρατα από έξω, χάνοντας την παροχή αίματος, σκάει και πέφτει. Η πτώση των κεράτων, τα οποία έχουν μετατραπεί σε μια πυκνή συμπαγή οστική μάζα, συμβαίνει πολύ αργότερα, όταν εμφανίζονται κύτταρα που καταστρέφουν τις οστικές δομές στη συμβολή των κεράτων και των κολοβωμάτων. Οι πληγές επουλώνονται γρήγορα και η ανάπτυξη των κεράτων ξεκινά εκ νέου. Στα περισσότερα είδη, η απόρριψη του κέρατου συμβαίνει στα τέλη του χειμώνα ή την άνοιξη, η αναγέννηση μπορεί να παρατηρηθεί τους καλοκαιρινούς μήνες και η βελούδινη αποβολή συμβαίνει λίγο πριν από την περίοδο αναπαραγωγής, δηλαδή το φθινόπωρο. Όλες αυτές οι διαδικασίες τίθενται σε κίνηση από τις εξαρτώμενες από την εποχή διακυμάνσεις της ορμονικής δραστηριότητας στα ελάφια. Η μείωση της ποσότητας της ορμόνης τεστοστερόνης την άνοιξη διεγείρει την πτώση των κεράτων και την έναρξη της αναγέννησης και η αύξηση του επιπέδου της το φθινόπωρο οδηγεί σε σταδιακή οστεοποίηση των κεράτων και στην απώλεια του «βελούδινου».
Εάν ζείτε στη μεσαία λωρίδα, ξέρετε ότι μέσα διαφορετικές εποχέςέτος, η διάρκεια των ωρών της ημέρας είναι διαφορετική. Κύκλος ανάπτυξης και αλλαγής του κέρατου ορμονικό επίπεδοστα ελάφια, σχετίζεται άμεσα με τις εποχιακές αλλαγές στη διάρκεια της ημέρας. Ο Γκος δημιούργησε ένα καθεστώς τεχνητού φωτισμού στα πειράματά του για να πάρει απαντήσεις επόμενες ερωτήσεις; πρώτον, είναι δυνατόν να αλλάξει ο κύκλος των αλλαγών των κεράτων επιμηκύνοντας ή μειώνοντας τη διάρκεια του τεχνητού φωτισμού και, δεύτερον, θα αντικατασταθούν οι κόρνες υπό συνθήκες όπου η διάρκεια των ωρών της ημέρας θα είναι σταθερή καθ' όλη τη διάρκεια του ημερολογιακού έτους;
Στο πρώτο στάδιο των πειραμάτων του, εξέθεσε το ελάφι σε ένα «έτος φωτός» (ένας πλήρης ετήσιος κύκλος αύξησης και μείωσης των ωρών φωτός της ημέρας), που ήταν εκτός φάσης με το συνηθισμένο έτος για έξι μήνες, δηλαδή οι μέρες έγιναν μεγαλύτερο το χειμώνα και μικρότερο το καλοκαίρι. Τα πειραματόζωα (ελάφι sika - μικρό, ελαφρύ ελάφι, που ζει σε φυσικές συνθήκες στην Άπω Ανατολή, αλλά βρίσκονται σε ζωολογικούς κήπους σε όλο τον κόσμο) κρατήθηκαν σε μη θερμαινόμενο δωμάτιο, όπου η θερμοκρασία υπόκειται σε φυσικές ετήσιες αλλαγές. Ένας ειδικός ημερολογιακός μηχανισμός συνδέθηκε με συσκευές φωτισμού, με τη βοήθεια του οποίου υποστηρίχθηκε η «διαστροφή των εποχών»: το φθινόπωρο, καθώς έπεφτε η θερμοκρασία, η διάρκεια των ωρών της ημέρας αυξανόταν σταδιακά, ενώ την άνοιξη, με τη θέρμανση, οι ώρες της ημέρας. συντομεύτηκε. Όταν διατηρούνται σε τέτοιες συνθήκες, η αναγέννηση των κέρατων του ελαφιού sika συνέβη τους χειμερινούς μήνες και η αποβολή - το φθινόπωρο. Τα ζώα έχουν υποστεί μια πλήρη προσαρμογή σε παραμορφωμένες συνθήκες φωτισμού, τουλάχιστον όσον αφορά την ανάπτυξη και την αναγέννηση των κεράτων.
Σε μια προσπάθεια να ελέγξει διεξοδικά την υπόθεσή του, ο Γκος στα ακόλουθα πειράματα εξέθεσε ζώα σε αρκετούς κύκλους τεχνητού φωτός κατά τη διάρκεια ενός ημερολογιακού έτους. Για να γίνει αυτό, ο μηχανισμός ημερολογίου ρυθμίστηκε έτσι ώστε να παρακάμπτεται κάθε δεύτερη μέρα. Αυτό εξασφάλισε ότι πραγματοποιούνταν ετησίως δύο ετήσιοι κύκλοι μεταβολής της διάρκειας των ωρών της ημέρας. Εάν ο μηχανισμός έχανε δύο ή τρεις ημέρες, οι ετήσιοι κύκλοι επαναλαμβάνονταν τρεις ή τέσσερις φορές το χρόνο. Όταν τοποθετήθηκαν σε τέτοιες συνθήκες, τα ελάφια sika άρχισαν να χάνουν τα κέρατα τους δύο, τρεις ή τέσσερις φορές το χρόνο, σύμφωνα με τον αριθμό των πειραματικών ετήσιων κύκλων. Λόγω της συντόμευσης των κύκλων, το μήκος των αναπτυσσόμενων κεράτων ήταν, φυσικά, σημαντικά μικρότερο από το κανονικό κύκλο(Εικ. 42, Α, Β).
ΣΕ επόμενο πείραμαΟ Γκος επιμήκυνε τον κύκλο του έτους φωτός. Για να γίνει αυτό, ο ημερολογιακός μηχανισμός επαναλάμβανε κάθε κανονική ημέρα δύο φορές, δημιουργώντας έτσι ένα «έτος είκοσι τεσσάρων μηνών». Τώρα ο επιστήμονας προσπαθούσε να πάρει μια απάντηση στα ακόλουθα ερωτήματα: θα διαρκέσει ο κύκλος ανάπτυξης των κέρατων των ελαφιών που διατηρούνται σε τέτοιες συνθήκες και τους 24 μήνες και θα επηρεάσει αυτό το μέγεθος των κέρατων ή όχι; Η απάντηση στην πρώτη ερώτηση αποδείχθηκε διαφορετική σε πειράματα σε ελάφια. διαφορετικές ηλικίες: τα ενήλικα ζώα δεν άλλαξαν τον κύκλο του κέρατου, ενώ τα νεαρά ελάφια προσαρμόστηκαν εύκολα στη νέα διάρκεια του «έτος», αποκαθιστώντας τα κέρατα μόνο μία φορά σε δύο ημερολογιακά χρόνια. Ως προς το δεύτερο ερώτημα, η ανάπτυξη των κεράτων που ξεπερνούν τα κανονικά σε μήκος δεν έχει ποτέ παρατηρηθεί, αν και μερικές φορές υπήρχαν ανωμαλίες στη φύση της ανάπτυξής τους. Αλλά σε όλες τις περιπτώσεις τεχνητής αλλαγής των εποχών, οι παρατηρούμενες βιολογικές επιδράσεις δεν ήταν μόνιμης φύσης: τα περισσότερα ελάφια, όταν επέστρεψαν στο φυσικό τους περιεχόμενο, αποκατέστησαν τη συνήθη κυκλική ανάπτυξη των κέρατων.
Μπορεί κάποιο τεχνητά δημιουργημένο καθεστώς φωτός να σταματήσει εντελώς την αλλαγή των κεράτων; Για το σκοπό αυτό, ο πειραματιστής γενικά απέκλεισε τυχόν διακυμάνσεις στη διάρκεια των ωρών της ημέρας. Επί σειρά ετών, μια ειδική ομάδα ελαφιών διατηρούνταν υπό συνθήκες μεταβαλλόμενου φωτός και σκότους ακριβώς μετά από 12 ώρες. Παρόμοιες συνθήκες ήταν ίδιες με αυτές που παρατηρήθηκαν στον ισημερινό. Τα φώτα άναψαν στις 6:00 το πρωί και έσβησαν στις 6:00 το απόγευμα. Σε αυτή την ομάδα, τα περισσότερα ελάφια έχασαν την ικανότητα να αλλάζουν τελείως τα κέρατα, ο κύκλος αναγέννησής τους διαταράχθηκε εντελώς. Επιπλέον, η απώλεια κύκλου έχει βρεθεί ότι σχετίζεται με επίμονα αυξημένα επίπεδα τεστοστερόνης.
Και τέλος, στην τελευταία εκδοχή των πειραμάτων, ο Γκος επηρέασε μια ομάδα ελαφιών με τη βοήθεια κύκλων που ήταν σταθεροί καθ' όλη τη διάρκεια του ημερολογιακού έτους, αποτελούμενοι από άνισες περιόδους φωτός και σκότους: οκτώ, δεκαέξι ή εικοσιτέσσερις ώρες φωτός ακολουθούσαν δεκαέξι, οκτώ ώρες σκότους, αντίστοιχα, ή το φως δεν έσβησε καθόλου. Σε κάθε τέτοια περίπτωση τεχνητά παρατεταμένων ή συντομευμένων ωρών φωτός της ημέρας, τα ζώα ήταν σε θέση να προσδιορίσουν την πραγματική πορεία του χρόνου με αρκετά υψηλή ακρίβεια. Άλλαζαν τα κέρατα τους μια φορά το χρόνο και παραδόξως κοντά στην εποχή που συμβαίνει αυτή η διαδικασία σε φυσικές συνθήκες. Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν έντονα ότι οι τάρανδοι έχουν έναν εσωτερικό ρυθμό «βιολογικού ρολογιού». (Στα προηγούμενα πειράματα του Goss, ένας τέτοιος ρυθμός υποβλήθηκε σε προσαρμοστικές αλλαγές λόγω τεχνητών διαστρεβλώσεων των ετήσιων κύκλων ή διαταράχθηκε εντελώς όταν τα ζώα μεταφέρονταν σε συνθήκες "ισημερινού" φωτισμού, όταν φως και σκοτάδι εναλλάσσονταν κάθε 12 ώρες.) φυσιολογικός μηχανισμόςτου παρατηρούμενου εσωτερικού ρυθμού, εξαρτάται από τον κύριο παράγοντα - την ανισότητα στη διάρκεια των περιόδων φωτός και σκότους σε κάθε 24ωρο κύκλο.
Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν από άλλους ερευνητές, προκύπτει ότι το είδος της αντίδρασης που παρατηρείται στα ελάφια δεν αποτελεί εξαίρεση. Στο μεγάλος κύκλοςφυσιολογικές αλλαγές των ζώων και προσαρμοστικές αντιδράσειςσχετίζονται στενά με την αλλαγή της ημέρας και της νύχτας, την αλλαγή των εποχών, την εναλλαγή των παλίρροιών. Σε πολλές περιπτώσεις, όταν τα ζώα απομακρύνθηκαν από το φυσικό τους περιβάλλον και στερήθηκαν πολλά από τα «σήματα» τους, διατηρούσαν ακόμα την αίσθηση του χρόνου και διατήρησαν ανάλογα τους κανονικούς βιολογικούς τους κύκλους.
Τα αποτελέσματα των πειραμάτων του Goss για την αναγέννηση των ελαφιών σε ελάφια υποδηλώνουν ότι η ρύθμιση άλλων μορφών μπορεί να πραγματοποιηθεί με παρόμοιο τρόπο. διαδικασίες ανάκτησης. Πράγματι, τον τελευταίο καιρό οι γνώσεις μας για φαινόμενα που σχετίζονται με τη λειτουργία του " βιολογικό ρολόιεπεκτείνονται συνεχώς. Και όπως φαίνεται, δεν είναι μακριά η μέρα που θα μάθουμε πώς τίθεται σε κίνηση αυτός ο εκπληκτικός ρολόι της φύσης.
Οι βιολόγοι που συναντήσαμε σε αυτό το κεφάλαιο συνεχίζουν την έρευνά τους για την αναγέννηση. Η Allison Burnett, σε πειράματα σε hydras, διευκρίνισε τους μηχανισμούς ρύθμισης της ανάπτυξης σε αυτά τα εντερικά ζώα. Επιπλέον, προσπαθεί να εφαρμόσει κάποιες από τις θεωρίες του στην ανάλυση της αναγέννησης στα σπονδυλωτά. Εφόσον οι βασικές κανονικότητες της ζωτικής δραστηριότητας των κυττάρων σε ζώα διαφορετικών εξελικτικών ομάδων είναι εξαιρετικά κοντινές, είναι φυσικό οι ειδικοί στην ανάπτυξη και ανάπτυξη μιας ομάδας ζώων να τείνουν να επεκτείνουν τα συμπεράσματά τους και σε άλλες. Ο Markus Singer, έχοντας διαπιστώσει ότι ο παράγοντας που απελευθερώνεται από τον νευρικό ιστό μπορεί να επηρεάσει τους κυτταρικούς μηχανισμούς της πρωτεϊνοσύνθεσης με διάφορους τρόπους, άρχισε να αναζητά έναν βιοχημικό «στόχο» αυτής της ουσίας στα κύτταρα του βλαστήματος των άκρων. Ανάμεσα στις πολλές πτυχές της νευροεπιστήμης με τις οποίες ασχολείται εντατικά, το δικό του Ιδιαίτερη προσοχήπροσελκύει τη μελέτη της δομής και των λειτουργιών του ελύτρου μυελίνης των αξόνων. Όσο για την Elizabeth Hay, η δεξιότητά της ως ηλεκτρονικό μικροσκόπιο δεν εξυπηρετεί πλέον μόνο τη μελέτη της αναγέννησης. Μελέτησε τη λεπτή δομή μιας μεγάλης ποικιλίας εμβρυϊκών κυττάρων -ιδίως, των κυττάρων της καρδιάς και του φακού του εμβρύου νεοσσού- και συνέκρινε τις παρατηρήσεις της με τις λειτουργίες αυτών των κυττάρων στη διαδικασία. εμβρυϊκή ανάπτυξη. Ο Richard Goss δίνει σήμερα τη μεγαλύτερη προσοχή σε τέτοιες διαδικασίες αντισταθμιστικής αναγέννησης όπως η αποκατάσταση του ηπατικού και νεφρικού ιστού στα θηλαστικά μετά την αφαίρεση του αντίστοιχου οργάνου. Σύμφωνα με τον Γκος, η εμβάθυνση της γνώσης σχετικά με αυτές τις διαδικασίες θα οδηγήσει στην ανακάλυψη συγκεκριμένων ρυθμιστών της ανάπτυξης ιστών και οργάνων στα θηλαστικά.
Οι εργασίες αυτών των επιστημόνων -τόσο αυτές που μόλις περιγράφηκαν όσο και αυτές που εκτελούν επί του παρόντος- αντιπροσωπεύουν, φυσικά, μόνο ένα μέρος της μεγάλης ερευνητικής δραστηριότητας που είναι αφιερωμένη στη μελέτη των διαδικασιών αναγέννησης. Μόνο μαζί, μπορούν να δώσουν μια πλήρη εικόνα για κάθε συγκεκριμένη διαδικασία. Αλλά συνολικά, οι προοπτικές φαίνονται πολλά υποσχόμενες. Η αναγέννηση έχει γίνει ένα σημαντικό τμήμα αναπτυξιακή βιολογία -κλάδοι της επιστήμης που ασχολούνται με τη μελέτη των προτύπων της φυσιολογικής και παθολογικής ανάπτυξης, τη διαφοροποίηση των κυττάρων, την πειραματική εμβρυολογία και πολλά άλλα σχετικά προβλήματα. Οι ευνοϊκές προοπτικές για την ανάπτυξη ενός νέου κλάδου της επιστήμης καθορίζονται επίσης από το γεγονός ότι τα τελευταία χρόνια νέοι λάτρεις της μελέτης της αναγέννησης ξεχύνονται συνεχώς σε αυτόν.
Ένας από τους τυπικούς εκπροσώπους της τάξης των εντερικών ζώων είναι η ύδρα του γλυκού νερού. Αυτά τα πλάσματα ζουν σε καθαρά υδάτινα σώματα και προσκολλώνται στα φυτά ή στο έδαφος. Για πρώτη φορά τα είδε ο Ολλανδός εφευρέτης του μικροσκοπίου και ο διάσημος φυσιοδίφης A. Leeuwenhoek. Ο επιστήμονας κατάφερε μάλιστα να δει την εκβλάστηση της ύδρας και να εξετάσει τα κύτταρα της. Αργότερα, ο Carl Linnaeus έδωσε στο γένος μια επιστημονική ονομασία, αναφερόμενος στους αρχαίους ελληνικούς μύθους για τη Λερναία Ύδρα.
Οι Ύδρες ζουν σε καθαρά υδάτινα σώματα και προσκολλώνται στα φυτά ή στο έδαφος.
Δομικά χαρακτηριστικά
Αυτός ο υδρόβιος κάτοικος διακρίνεται για το μικροσκοπικό του μέγεθος. Κατά μέσο όρο, το μήκος του σώματος είναι από 1 mm έως 2 cm, αλλά μπορεί να είναι λίγο περισσότερο. Το πλάσμα έχει κυλινδρικό σχήμα σώματος. Μπροστά υπάρχει ένα στόμιο με πλοκάμια τριγύρω (ο αριθμός τους μπορεί να φτάσει και τα δώδεκα κομμάτια). Στο πίσω μέρος υπάρχει η σόλα, με την οποία το ζώο κινείται και προσκολλάται σε κάτι.
Στο πέλμα υπάρχει ένας στενός πόρος από τον οποίο περνούν φυσαλίδες υγρού και αερίου από την εντερική κοιλότητα. Μαζί με τη φούσκα, το πλάσμα αποσπάται από το επιλεγμένο στήριγμα και επιπλέει επάνω. Ταυτόχρονα, το κεφάλι του βρίσκεται στο πάχος του νερού. Η ύδρα έχει απλή δομή, το σώμα της αποτελείται από δύο στρώματα. Παραδόξως, όταν ένα πλάσμα πεινάει, το σώμα του φαίνεται μακρύτερο.
Οι Ύδρες είναι ένα από τα ελάχιστα ομογενή που ζουν σε γλυκό νερό. Τα περισσότερα από αυτά τα πλάσματα κατοικούν στη θαλάσσια περιοχή. . Οι ποικιλίες του γλυκού νερού μπορεί να έχουν τα ακόλουθα ενδιαιτήματα:
- λίμνες?
- λίμνες?
- εργοστάσια ποταμών?
- χαντάκια.
Αν το νερό είναι καθαρό και καθαρό, αυτά τα πλάσματα προτιμούν να βρίσκονται κοντά στην ακτή, δημιουργώντας ένα είδος χαλιού. Ένας άλλος λόγος που τα ζώα προτιμούν τις ρηχές περιοχές είναι η αγάπη τους για το φως. Τα πλάσματα του γλυκού νερού είναι πολύ καλά στο να διακρίνουν την κατεύθυνση του φωτός και κινούνται πιο κοντά στην πηγή του. Αν τα βάλετε σε ενυδρείο, σίγουρα θα κολυμπήσουν στο πιο φωτισμένο μέρος.
Είναι ενδιαφέρον ότι μονοκύτταρα φύκια (zoochlorella) μπορεί να υπάρχουν στο ενδόδερμα αυτού του πλάσματος. Αυτό αντανακλάται στην εμφάνιση του ζώου - αποκτά ανοιχτό πράσινο χρώμα.
Διατροφική Διαδικασία
Αυτό το μικροσκοπικό πλάσμα είναι ένα πραγματικό αρπακτικό. Είναι πολύ ενδιαφέρον να γνωρίζουμε τι τρώει η ύδρα του γλυκού νερού. Πολλά μικρά ζωντανά πλάσματα ζουν στο νερό: κύκλωπες, βλεφαρίδες και επίσης καρκινοειδή. Χρησιμεύουν ως τροφή για αυτό το πλάσμα. Μερικές φορές μπορεί να φάει μεγαλύτερα θηράματα, όπως μικρά σκουλήκια ή προνύμφες κουνουπιών. Επιπλέον, αυτά τα coelenterates προκαλούν μεγάλη ζημιά στις λίμνες ψαριών, επειδή το χαβιάρι γίνεται ένα από αυτά που τρώει η ύδρα.
Στο ενυδρείο, μπορείτε να παρακολουθήσετε σε όλο του το μεγαλείο πώς κυνηγά αυτό το ζώο. Η Ύδρα κρέμεται με πλοκάμια προς τα κάτω και ταυτόχρονα τα τακτοποιεί σε μορφή δικτύου. Ο κορμός της κουνιέται ελαφρά και περιγράφει έναν κύκλο. Το θήραμα που κολυμπά κοντά αγγίζει τα πλοκάμια, προσπαθεί να ξεφύγει, αλλά ξαφνικά σταματά να κινείται. τσιμπώντας κύτταρανα την παραλύσει. Τότε το εντερικό πλάσμα το τραβάει στο στόμα και το τρώει.
Αν το ζώο έχει φάει καλά, πρήζεται. Αυτό το πλάσμα μπορεί να καταβροχθίσει το θύμαπου είναι μεγαλύτερο από αυτό. Το στόμα του μπορεί να ανοίξει πολύ διάπλατα, μερικές φορές ένα μέρος του οργανισμού του θηράματος είναι καθαρά ορατό από αυτό. Μετά από ένα τέτοιο θέαμα, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η γλυκιά ύδρα είναι αρπακτικό ως προς τη διατροφή.
Μέθοδος αναπαραγωγής
Εάν το πλάσμα τρέφεται αρκετά, η αναπαραγωγή γίνεται πολύ γρήγορα με την εκβλάστηση. Σε λίγες μέρες, ένα μικροσκοπικό νεφρό μεγαλώνει σε ένα ώριμο άτομο. Συχνά στο σώμα της ύδρας εμφανίζονται αρκετοί τέτοιοι νεφροί, οι οποίοι στη συνέχεια διαχωρίζονται από το σώμα της μητέρας. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ασεξουαλική αναπαραγωγή.
Το φθινόπωρο, όταν το νερό γίνεται πιο κρύο, τα πλάσματα του γλυκού νερού μπορούν επίσης να αναπαραχθούν σεξουαλικά. Αυτή η διαδικασία έχει ως εξής:
- Οι σεξουαλικοί αδένες εμφανίζονται στο σώμα του ατόμου. Σε μερικά από αυτά σχηματίζονται αρσενικά κύτταρα και σε άλλα ωάρια.
- Τα ανδρικά σεξουαλικά κύτταρα κινούνται στο νερό και εισέρχονται στην σωματική κοιλότητα της ύδρας, γονιμοποιώντας τα ωάρια.
- Όταν σχηματίζονται αυγά, η ύδρα συνήθως πεθαίνει και νέα άτομα γεννιούνται από τα αυγά.
Κατά μέσο όρο, το μήκος του σώματος της ύδρας είναι από 1 mm έως 2 cm, αλλά μπορεί να είναι λίγο περισσότερο. Νευρικό σύστημα και αναπνοή
Σε ένα από τα στρώματα του κορμού αυτού του πλάσματος είναι ένα διάσπαρτο νευρικό σύστημα και στο άλλο - ένας μικρός αριθμός νευρικών κυττάρων. Συνολικά, υπάρχουν 5.000 νευρώνες στο σώμα ενός ζώου. Κοντά στο στόμα, στο πέλμα και στα πλοκάμια, το ζώο έχει νευρικά πλέγματα.
Η Ύδρα δεν χωρίζει τους νευρώνες σε ομάδες. Τα κύτταρα αντιλαμβάνονται τον ερεθισμό και δίνουν σήμα στους μύες. Στο νευρικό σύστημα ενός ατόμου υπάρχουν ηλεκτρικές και χημικές συνάψεις, καθώς και πρωτεΐνες οψίνης. Μιλώντας για το τι αναπνέει η ύδρα, αξίζει να αναφέρουμε ότι η διαδικασία απέκκρισης και αναπνοής συμβαίνει στην επιφάνεια ολόκληρου του σώματος.
Αναγέννηση και ανάπτυξη
Κύτταρα πολύποδας γλυκού νερούβρίσκονται σε διαδικασία συνεχούς ενημέρωσης. Στη μέση του σώματος, χωρίζονται, και στη συνέχεια μετακινούνται στα πλοκάμια και το πέλμα, όπου πεθαίνουν. Εάν υπάρχουν πάρα πολλά διαιρούμενα κύτταρα, μετακινούνται στην κάτω περιοχή του σώματος.
Αυτό το ζώο έχει μια εκπληκτική ικανότητα να αναγεννάται. Εάν κόψετε τον κορμό του, κάθε μέρος θα επανέλθει στην προηγούμενη μορφή του.
Τα κύτταρα των πολύποδων του γλυκού νερού βρίσκονται σε διαδικασία συνεχούς ανανέωσης. Διάρκεια ζωής
Τον 19ο αιώνα γινόταν πολύς λόγος για την αθανασία του ζώου. Μερικοί ερευνητές προσπάθησαν να αποδείξουν αυτή την υπόθεση, ενώ άλλοι ήθελαν να την αντικρούσουν. Το 1917, μετά από ένα τετραετές πείραμα, η θεωρία αποδείχθηκε από τον D. Martinez, με αποτέλεσμα η ύδρα να αρχίσει επίσημα να αναφέρεται στα αιώνια πλάσματα.
Η αθανασία συνδέεται με απίστευτη ικανότηταστην αναγέννηση. Ο θάνατος των ζώων σε χειμερινή ώρασχετίζεται με δυσμενείς παράγοντεςκαι έλλειψη τροφής.
Οι ύδρες του γλυκού νερού είναι διασκεδαστικά πλάσματα. Σε όλη τη Ρωσία υπάρχουν τέσσερα είδη αυτών των ζώων.και είναι όλα παρόμοια. Οι πιο συνηθισμένες είναι οι συνηθισμένες και οι ύδρες με μίσχο. Πηγαίνοντας να κολυμπήσετε στο ποτάμι, μπορείτε να βρείτε στις όχθες του ένα ολόκληρο χαλί από αυτά τα πράσινα πλάσματα.