Hydra (rodzaj) - Hydra (genus)

Hydra
Hydra-Foto.jpg
Gatunki Hydry
Klasyfikacja naukowa mi
Królestwo: Animalia
Gromada: Cnidaria
Klasa: hydrozoa
Zamówienie: Antoatekata
Rodzina: Hydridae
Dana, 1846
Rodzaj: Hydra
Linneusz , 1758
Gatunek
Lista
  • * Hydra baikalensis Swarczewski, 1923
  • * Wentylator Hydra beijingensis , 2003 r.
  • * Hydra canadensis Rowan, 1930
  • * Hydra cauliculata Hyman, 1938
  • * Hydra circumcincta Schulze, 1914
  • * Wentylator Hydra daqingensis , 2000
  • * Hydra etiopiae Hickson, 1930
  • * Hydra hadleyi (Forrest, 1959)
  • * Hydra harbinensis Fan i Shi, 2003 r.
  • * Hydra hymanae Hadley & Forrest, 1949
  • * Hydra iheringi Cordero, 1939
  • * Hydra intaba Ewer, 1948
  • * Hydra intermedia De Carvalho Wolle, 1978
  • * Hydra japonica Itô, 1947
  • * Hydra jawanica Schulze, 1929
  • * Hydra liriosoma Campbell, 1987 r.
  • * Hydra madagascariensis Campbell, 1999
  • * Hydra magellanica Schulze, 1927
  • * Hydra Mariana Cox & Young, 1973
  • * Hydra minima Forrest, 1963
  • * Hydra mohensis Fan i Shi, 1999
  • * Hydra oligactis Pallas, 1766
  • * Hydra oregona Griffin i Peters, 1939
  • * Hydra oxycnida Schulze, 1914
  • * Hydra paludicola Itô, 1947
  • * Hydra paranensis Czernoswitow, 1935
  • * Hydra parva Itô, 1947
  • * Hydra plagiodesmica Dioni, 1968
  • * Hydra polymorpha Chen i Wang, 2008 r.
  • * Hydra robusta (Itô, 1947)
  • * Hydra rutgersensis Forrest, 1963
  • * Hydra salmacidis Lang da Silveira et al., 1997
  • * Hydra sinensis Wang i in., 2009
  • * Hydra thomseni Cordero, 1941 r.
  • * Hydra umfula Ewer, 1948
  • * Hydra utahensis Hyman, 1931
  • * Hydra viridissima Pallas, 1766
  • * Hydra vulgaris Pallas, 1766
  • * Hydra zeylandica Burt, 1929
  • * Hydra zhujiangensis Liu i Wang, 2010 r.

Hydra ( / H d r ə / HY -drə ) jest rodzaju małych, organizmów słodkowodnych Phylum Cnidaria i klasowej stułbiopławy . Pochodzą z regionów umiarkowanych i tropikalnych. Biolodzy są szczególnie zainteresowani Hydrą ze względu na jej zdolność do regeneracji – nie wydaje się, aby umierały ze starości, aniw ogólesię nie starzeją .

Morfologia

Schematyczny rysunek rozładowującego się nematocysty

Hydra ma rurowy, promieniowo symetryczny korpus o długości do 10 mm (0,39 cala) po rozciągnięciu, zabezpieczony prostą przylepną stopką znaną jako dysk podstawowy. Komórki gruczołowe w krążku podstawnym wydzielają lepki płyn, który odpowiada za jego właściwości adhezyjne.

Na wolnym końcu ciała znajduje się otwór gębowy otoczony od jednej do dwunastu cienkich, ruchomych macek . Każda macka lub cnida (liczba mnoga: cnidae) jest odziana w wysoce wyspecjalizowane komórki parzące zwane cnidocytami . Cnidocyty zawierają wyspecjalizowane struktury zwane nematocystami , które wyglądają jak miniaturowe żarówki ze zwiniętą w środku nitką. Na wąskiej zewnętrznej krawędzi parzydełka znajduje się krótki włos spustowy zwany pajączkiem. Po zetknięciu się z ofiarą, zawartość nematocysty zostaje wybuchowo wyrzucona, wystrzeliwując nić przypominającą strzałkę zawierającą neurotoksyny w to, co spowodowało uwolnienie. Może to sparaliżować ofiarę, zwłaszcza jeśli wystrzelonych zostanie wiele setek nicieni.

Hydra ma dwie główne warstwy ciała, co czyni ją „ dyploblastyczną ”. Warstwy są oddzielone mesogleą , substancją podobną do żelu. Warstwa zewnętrzna to naskórek , a warstwa wewnętrzna nazywana jest gastrodermią , ponieważ wyściela żołądek. Komórki tworzące te dwie warstwy ciała są stosunkowo proste. Hydramacin jest środkiem bakteriobójczym odkrytym niedawno w Hydrze ; chroni zewnętrzną warstwę przed infekcją. Pojedyncza Hydra składa się z 50 000 do 100 000 komórek, które składają się z trzech specyficznych populacji komórek macierzystych , które tworzą wiele różnych typów komórek. Te komórki macierzyste będą się nieustannie odnawiać w kolumnie ciała . Hydry mają na ciele dwie znaczące struktury: „głową” i „stopę”. Kiedy Hydra zostanie przecięta na pół, każda połówka zregeneruje się i uformuje w małą Hydrę ; „głowa” zregeneruje „stopę”, a „stopa” zregeneruje „głową”. Jeśli Hydra zostanie podzielona na wiele segmentów, to środkowe plasterki utworzą zarówno „głową”, jak i „stopę”.

Oddychanie i wydalanie odbywa się poprzez dyfuzję na całej powierzchni naskórka , natomiast większe odchody są wydalane przez usta.

System nerwowy

Układ nerwowy Hydry to sieć nerwowa , która jest strukturalnie prosta w porównaniu z bardziej rozwiniętymi układami nerwowymi zwierząt. Hydra nie ma rozpoznawalnego mózgu ani prawdziwych mięśni . Sieci nerwowe łączą fotoreceptory czuciowe i wrażliwe na dotyk komórki nerwowe zlokalizowane w ścianie ciała i mackach.

Struktura sieci nerwowej ma dwa poziomy:

  • poziom 1 – komórki czuciowe lub komórki wewnętrzne; oraz,
  • poziom 2 – połączone ze sobą komórki zwojowe synapsowane do komórek nabłonkowych lub motorycznych.

Niektóre mają tylko dwie warstwy neuronów .

Ruch i lokomocja

Hydra przymocowana do podłoża

Jeśli Hydra jest zaalarmowana lub zaatakowana, macki mogą zostać zwinięte do małych pąków, a kolumna ciała może zostać zwinięta do małej galaretowatej kuli. Hydra generalnie reaguje w ten sam sposób, niezależnie od kierunku bodźca, a to może wynikać z prostoty sieci nerwowych.

Hydra generalnie osiadłych lub siedzące , ale od czasu do czasu poruszać całkiem łatwo, zwłaszcza, gdy polowanie. Mają dwie różne metody poruszania się – „pętlę” i „skołko”. Robią to, pochylając się i przyczepiając się do podłoża ustami i mackami, a następnie przemieszczają stopę, co zapewnia zwykłe przywiązanie, proces ten nazywa się pętlą. Podczas salta ciało pochyla się i tworzy nowe miejsce przywiązania stopą. Dzięki temu procesowi „zapętlania się” lub „kołysania” Hydra może przemieścić się o kilka cali (ok. 100 mm) w ciągu dnia. Hydra może również poruszać się poprzez ameboidalny ruch ich podstaw lub odrywając się od podłoża i unosząc się w nurcie.

Reprodukcja i cykl życia

Pączkowanie Hydry :
  1. Nie rozmnaża się
  2. Tworzenie pąka
  3. Wyrastająca córka
  4. Zaczyna się rozszczepiać
  5. Córka złamana
  6. Córka klonu rodzica

Kiedy pożywienia jest pod dostatkiem, wiele Hydr rozmnaża się bezpłciowo przez pączkowanie . Pąki tworzą się ze ściany ciała, wyrastają na miniaturowe osobniki dorosłe i odrywają się, gdy są dojrzałe.

Kiedy stułbia jest dobrze odżywiona, nowy pąk może tworzyć się co dwa dni. Kiedy warunki są surowe, często przed zimą lub przy słabych warunkach żywieniowych, u niektórych Hydr dochodzi do rozmnażania płciowego . Obrzęki w ścianie ciała rozwijają się w jajniki lub jądra. Jądra uwalniają do wody swobodnie pływające gamety , które mogą zapłodnić komórkę jajową w jajniku innej osoby. Zapłodnione jaja wydzielają twardą zewnętrzną powłokę, a gdy dorosły osobnik umiera (z powodu głodu lub zimna), te odpoczywające jaja opadają na dno jeziora lub stawu, aby poczekać na lepsze warunki, po czym wykluwają się z nimfy Hydra . Niektóre gatunki Hydry , takie jak Hydra circumcincta i Hydra viridissima , są hermafrodytami i mogą jednocześnie wytwarzać zarówno jądra, jak i jajniki.

Wielu członków Hydrozoa przechodzi przemianę ciała z polipa w dorosłą formę zwaną meduzą , która jest zwykle etapem życia, w którym następuje rozmnażanie płciowe, ale Hydra nie wychodzi poza fazę polipa.

Karmienie

Hydra żywi się głównie bezkręgowcami wodnymi, takimi jak Daphnia i Cyclops .

Podczas karmienia Hydra rozciąga swoje ciało do maksymalnej długości, a następnie powoli rozciąga macki. Pomimo prostej konstrukcji, macki Hydry są niezwykle rozciągliwe i mogą być cztery do pięciu razy dłuższe od ciała. Po całkowitym wysunięciu macki są powoli manewrowane, czekając na kontakt z odpowiednią ofiarą. Po zetknięciu się z mackami nicienie wystrzeliwują w ofiarę, a sama macka zwija się wokół ofiary. W ciągu 30 sekund większość pozostałych macek przyłączy się już do ataku, aby ujarzmić walczącą zdobycz. W ciągu dwóch minut macki otoczą ofiarę i przeniosą ją do otwartego otworu gębowego. W ciągu dziesięciu minut ofiara zostanie pochłonięta przez jamę ciała i rozpocznie się trawienie. Hydra są w stanie znacznie rozciągnąć ściany ciała, aby strawić ofiarę ponad dwukrotnie większą od jej wielkości. Po dwóch lub trzech dniach niestrawne resztki ofiary zostaną wyrzucone przez otwór w jamie ustnej poprzez skurcze.

Zachowanie żywieniowe Hydry pokazuje wyrafinowanie tego, co wydaje się być prostym układem nerwowym.

Niektóre gatunki Hydry istnieją we wzajemnym związku z różnymi typami jednokomórkowych alg . Algi są chronione przed drapieżnikami przez Hydrę , aw zamian produkty fotosyntezy z alg są korzystne jako źródło pożywienia dla Hydry .

Pomiar odpowiedzi na karmienie

Dodatek glutationu powoduje zmniejszenie rozrostu macki u hydry.

Odpowiedź pokarmowa u Hydry jest indukowana przez glutation (w szczególności w stanie zredukowanym jako GSH) uwalniany z uszkodzonej tkanki zranionej ofiary. Istnieje kilka metod konwencjonalnie stosowanych do ilościowego określania odpowiedzi na karmienie. W niektórych mierzy się czas, przez jaki usta pozostają otwarte. Inne metody polegają na zliczeniu liczby Hydry wśród małej populacji wykazującej reakcję żywieniową po dodaniu glutationu. Ostatnio opracowano test do pomiaru odpowiedzi żywieniowej u stułbi. W tej metodzie wykazano, że liniowa dwuwymiarowa odległość między końcem macki a pyskiem stułbi jest bezpośrednią miarą zakresu odpowiedzi na karmienie. Ta metoda została zweryfikowana przy użyciu modelu głodu, ponieważ wiadomo, że głód powoduje wzmocnienie reakcji żywieniowej Hydry .

drapieżniki

Gatunek Hydra oligactis jest żerowany przez płazińca Microstomum lineare .

Regeneracja tkanek

Hydry ulegają morphallaxis (regeneracja tkanki) przy uszkodzonych lub rozerwane. Zazwyczaj Hydry rozmnażają się po prostu przez pączkowanie zupełnie nowego osobnika; pączek pojawi się około dwóch trzecich drogi w dół osi ciała. Kiedy Hydra zostanie przecięta na pół, każda połówka zregeneruje się i uformuje w małą Hydrę ; „głowa” zregeneruje „stopę”, a „stopa” zregeneruje „głową”. Ta regeneracja zachodzi bez podziału komórek. Jeśli Hydra zostanie podzielona na wiele segmentów, środkowe plasterki utworzą zarówno „głową”, jak i „stopę”. Biegunowość regeneracji wyjaśniają dwie pary pozycyjnych gradientów wartości. Występuje gradient aktywacji i hamowania zarówno głowy, jak i stopy. Aktywacja i hamowanie głowy działa w przeciwnym kierunku niż para gradientów stóp. Dowody tych gradientów zostały pokazane na początku XX wieku podczas eksperymentów ze szczepieniami. Wykazano, że inhibitory obu gradientów są ważne w blokowaniu tworzenia pąków. Miejsce, w którym uformuje się pączek, to miejsce, w którym gradienty są niskie zarówno dla głowy, jak i stopy. Hydra są zdolne do regeneracji z kawałków tkanki ciała i dodatkowo po dysocjacji tkanki z reagregacji.

Brak starzenia

Daniel Martinez twierdził w artykule z 1998 roku w Experimental Gerontology, że Hydra jest biologicznie nieśmiertelna . Publikacja ta była szeroko cytowana jako dowód na to, że Hydry nie starzeją się (nie starzeją się) i że są ogólnie dowodem na istnienie organizmów niewystarczających. W 2010 roku Preston Estep opublikował (również w Experimental Gerontology ) list do redakcji, w którym argumentował, że dane Martineza obalają hipotezę, że Hydra nie ma sensu.

Kontrowersyjna nieograniczona długość życia Hydry przyciągnęła wiele uwagi naukowców. Dzisiejsze badania wydają się potwierdzać badania Martineza. Komórki macierzyste Hydry mają zdolność do nieograniczonej samoodnowy. Czynnik transkrypcyjnyforkhead box O ” (FoxO) został zidentyfikowany jako krytyczny kierowcy ciągłego samodzielnego odnowienia Hydra . W eksperymentach drastycznie zmniejszony wzrost populacji wynikał z regulacji w dół FoxO .

W organizmach dwustronnie symetrycznych ( Bilateria ) czynnik transkrypcyjny FoxO wpływa na reakcję na stres, długość życia i wzrost komórek macierzystych. Jeśli ten czynnik transkrypcyjny zostanie stłumiony w dwustronnych organizmach modelowych, takich jak muszki owocowe i nicienie , ich długość życia ulega znacznemu skróceniu. W eksperymentach na H. vulgaris (promieniowo symetrycznym przedstawicielu gromady Cnidaria ), gdy poziom FoxO został obniżony, wystąpił negatywny wpływ na wiele kluczowych cech Hydry , ale nie zaobserwowano śmierci, dlatego uważa się, że inne czynniki mogą przyczyniać się do widoczny brak starzenia się tych stworzeń.

Genomika

Analiza porównawcza ortologów przeprowadzona w ciągu ostatniej dekady wykazała, że Hydra ma co najmniej 6071 genów z ludźmi. Hydra staje się coraz lepszym systemem modelowym, ponieważ dostępnych jest coraz więcej podejść genetycznych. Projekt genomu z Hydra magnipapillata została opisana w 2010 roku .

Genomy parzydełkowatych mają zwykle mniej niż 500 Mb, tak jak w przypadku Hydra viridissima , która ma rozmiar około 300 Mb. Natomiast genomy stułbi brunatnych mają wielkość około 1 GB. Dzieje się tak, ponieważ genom brązowej hydry jest wynikiem ekspansji obejmującej LINE, rodzaj transpozycyjnych elementów , w szczególności pojedynczą rodzinę klasy CR1. Ta ekspansja jest unikalna dla tej podgrupy rodzaju Hydra i nie występuje u hydry zielonej, która ma powtarzający się krajobraz podobny do innych parzydełkowatych. Te cechy genomu sprawiają, że Hydra jest atrakcyjna do badań nad specjacjami sterowanymi przez transpozony i ekspansjami genomu.

Zobacz też

  • Hydra Lernejska , grecka mitologiczna istota wodna, od której pochodzi nazwa rodzaju
  • Turritopsis dohrnii , kolejny parzydełko (meduza), który naukowcy uważają za nieśmiertelny

Bibliografia