Ti ploštěnci, kteří se chtěli pohlavně rozmnožovat, se museli vzdát schopnosti obnovit jakoukoli část těla.
Dravá suchozemská planaria Bipalium graffi. (Foto: Bernard DUPONT / Flickr.com)
Superschopnosti pro regeneraci můžeme vidět pouze ve sci-fi komiksech, filmech a knihách – superhrdinům nebo některým mutantům rychle narostou ruce, nohy a dokonce i hlavy, aby nahradily ty utržené. V nejlepším případě jsme způsoby, jak pěstovat špičku prstu. Ve skutečnosti zde hodně záleží na tom, co si pod pojmem regenerace představujeme a co přesně chceme regenerovat. Například naše játra jsou docela „superhrdina“: jsou schopna obnovit téměř 75 % své hmoty. Naše slinivka, ledviny a plíce jsou obnoveny, i když jejich regenerační schopnosti jsou mnohem horší než u jater. Svaly, které atrofovaly z nečinnosti, lze také znovu vybudovat, i když to bude vyžadovat čas a určité úsilí. Konečně se nám neustále obnovují krvinky, epitel atd. – pokud je taková obnova považována za regeneraci, pak to jde tak, že jste zdraví.
Ale člověk nemůže regenerovat ruce, nohy a hlavu, to je pravda. Úplně stejná situace je s regenerací u většiny zvířat. Existují ještěrky, které si mohou nechat narůst ocas, aby nahradily ten, který byl vyřazen (ačkoli nový ocas se stále ukazuje být poněkud odlišný). Mlokům naroste ukousnutá noha. Existují i axolotly, larvy ambystome mloků – dokážou regenerovat nohu, oko, dokonce i srdce. Pouze hydry a planární ploštěnci mají skutečné superschopnosti pro regeneraci – mohou obnovit, co chtějí.
Regenerace je velmi pohodlná a nabízí se otázka, proč je u zvířat zastoupena tak střídmě a v tak nevýrazných formách. Na tuto otázku částečně odpovídají pracovníci Ústavu molekulární a buněčné biologie a genetiky Společnosti Maxe Plancka – částečně proto, že ve svém článku v Ekologie a evoluce přírody Mluvíme pouze o planárech. Ne všichni planariáni mají superregenerační schopnosti. Některé druhy jsou skutečně schopny dorůst buď ocasu nebo hlavy, ale jiné druhy nedorostou své vlastní hlavy, ačkoli jim může docela dobře narůst ocas; konečně existují planariáni, kteří téměř nejsou schopni regenerace.
Při analýze evoluční historie planárií vědci zjistili, že superregenerace (to je, zhruba řečeno, schopnost vyrůst novou hlavu) vznikla u ploštěnek několikrát a mnoho druhů tuto schopnost později ztratilo. Také se ukázalo, že regenerační schopnosti různých planárních druhů závisí na molekulární signální dráze Wnt. Signální dráha se skládá z určitého počtu velkých a malých biomolekul, které v přesně definovaném pořadí přenášejí určitý signál uvnitř buňky. Wnt je název proteinu, přesněji řečeno, třída proteinů, které podporují tuto signální dráhu. Dráha Wnt je přítomna u všech zvířat; řídí buněčný růst, dělení a diferenciaci (pokud se něco pokazí s dráhou Wnt, může to vést k maligním nádorům). Protože dráha Wnt řídí buněčné dělení a diferenciaci, znamená to, že na ní závisí i regenerační schopnosti.
Experimenty ukázaly, že když signály Wnt fungují, regenerace probíhá špatně, to znamená, že planarii může narůst pouze ocas, a i to ne vždy. Pokud jsou signály Wnt vypnuty v planáru, který normálně obecně špatně regeneruje, výrazně se zvýší schopnosti obnovy, až se na místě ztracené hlavy objeví něco podobného jako nová hlava. Zároveň si vědci všimli, že regenerační schopnosti určitého druhu červa souvisí s tím, jak se rozmnožují. Někteří planáři mají tendenci se rozmnožovat nepohlavně a přitom dobře regenerují. Naopak druhy preferující pohlavní rozmnožování se regenerují špatně. Pro sexuální reprodukci jsou zapotřebí speciální reprodukční buňky a reprodukční systém jako celek. A pak se ukázalo, že Wnt signální dráha hraje velmi důležitou roli při formování reprodukčního systému planárií. To znamená, že fungující Wnt cesta umožňuje pohlavní rozmnožování, ale pak musíte obětovat schopnost regenerace.
Schopnost obnovit ocas nebo hlavu je ve skutečnosti formou nepohlavní reprodukce: koneckonců padlá hlava nebo ocas také obnoví vše, co postrádá. Ve skutečnosti planárové s nepohlavním rozmnožováním od sebe oddělují svůj ocas, načež se v přírodě objevují dva noví planáři. Aktivací nebo potlačením Wnt signálů lze reprodukovat tak či onak. Je docela možné, že regenerace u planárů původně vznikla pro rozmnožování a to, že se zároveň dají zahojit případné rány, je jen plus navíc. Ale pohlavní rozmnožování má také výhody, které nepohlavní rozmnožování nemá. Smyslem pohlavního rozmnožování je mísení genetického materiálu. Pohlavní buňky jednoho pohlaví se spojí s pohlavními buňkami druhého pohlaví a vytvoří organismus s novou kombinací genů. Čím rozmanitější jsou kombinace mezi různými jednotlivci v populaci, tím větší je šance na přežití pro populaci jako celek. Z hlediska evoluční pohody populace a druhu jako celku se pohlavní rozmnožování ukazuje jako výnosnější.
Autoři práce upřesňují, že v konkrétních číslech neodhadli, jak moc aktivita signálů Wnt zvyšuje sklon k sexuální reprodukci; ale obecně je jasné, že neexistuje způsob, jak toho dosáhnout bez Wnt cesty. Bylo by zajímavé vědět, zda existuje podobný vzorec u jiných druhů, které mají jak schopnost regenerace, tak některé rysy v reprodukci.
Autor: Kirill Staševič
- Myš s rohy
- Kmenové buňky brání ještěrkám v růstu skutečných ocasů
- Je možné nechat narůst někomu jinému na hlavě?
- Hydry nestárnou
- Polysexuální houba
- Kvasinky se ožení s vosami
Abstrakt vědeckého článku o biologických vědách, autor vědecké práce – Kreshchenko N.D., Grebenshchikova E.V., Sedelnikov Z.V.
Planarians jsou volně žijící červi, zástupci kmene Platyhelminthes, z nichž většina druhů jsou nebezpečnými parazity lidí a zvířat. Morfogenetické procesy u planárů zahrnují regeneraci a nepohlavní rozmnožování, jsou zajišťovány proliferací totipotentních kmenových buněk [1].
i Už vás nebaví bannery? Reklamu můžete vždy vypnout.
Podobná témata vědeckých prací v biologických vědách, autorem vědecké práce je N.D.Kreshchenko, E.V.Grebenshchikova, Z.V.Sedelnikov.
Vliv melatoninu na asexuální reprodukci planárů
Studium procesu nepohlavní reprodukce u planárů
Role chemických faktorů v regulaci nepohlavní reprodukce u planárů (Platyhelminthes)
Vliv serotoninu na dynamiku mitotické aktivity kmenových buněk u planárních jedinců
Monitoring parazitárních onemocnění divočáků v loveckých farmách Smolenské oblasti
i Nemůžete najít, co potřebujete? Vyzkoušejte službu výběru literatury.
i Už vás nebaví bannery? Reklamu můžete vždy vypnout.
Vliv serotoninu na dynamiku nepohlavní reprodukce u planárních Schmidtea mediterranea (Platyhelminthes, Turbellaria)
Vyšetřování nepohlavní reprodukce bylo provedeno u planárií Schmidtea mediterranea. Proces asexuálního dělení byl sledován ve skupinách červů. Dynamika separace ocasních fragmentů (zooidů) byla studována u kontrolních a experimentálních skupin léčených serotoninem. Diskutováno je možné zapojení neuromediátoru do regulace procesu planární asexuální reprodukce.
Text vědecké práce na téma “Vliv serotoninu na dynamiku asexuální reprodukce u planarians schmidteamediterranea”
VLIV SEROTONINU NA DYNAMIKU ASEXUÁLNÍ REPRODUKCE V PLANARIA SCHMIDTEA MEDITERRANEA
Kreshchenko N.D., Grebenshchikova E.V., Sedelnikov Z.V.
FSBI Institute of Cell Biophysics RAS
Úvod. Planaria jsou volně žijící červi, zástupci kmene Platyhelminthes, z nichž většina je nebezpečnými parazity lidí a zvířat. Morfogenetické procesy u planárů zahrnují regeneraci a nepohlavní rozmnožování, jsou zajišťovány proliferací totipotentních kmenových buněk [1].
Nepohlavní rozmnožování planárů se provádí oddělením ocasní části, zooidu, od matky. Proces se nazývá „štěpení“. Ze dvou fragmentů se pak vytvoří dva jedinci. Mechanismy pro spouštění a regulaci asexuální reprodukce u planárů nejsou známy. Dříve jsme zjistili, že u planární Girardia tigrina dochází k oddělení ocasních zooidů počínaje prvním dnem pozorování po dobu 4-8 dnů poté, co zvířata sedí sama. U planárů Schmidtea mediterránea se za podobných podmínek zadržení značně rozšířil proces nepohlavní reprodukce. Bylo zjištěno, že proces nepohlavní reprodukce podléhá určitým druhům a populačním vzorcům [2] a je také pravděpodobně regulován endogenními a exogenními faktory. Naše studie je věnována hledání takových faktorů.
Serotonin je široce rozšířená signální molekula v živočišné říši [3]. U lidí a savců serotonin funguje jako neurohormon a neurotransmiter, účastní se regulace cirkadiánních rytmů, hormonální sekrece, příjmu potravy a sexuálního chování, imunitní odpovědi a dalších důležitých funkcí [4].
První experimentální údaje o mechanismech účinku serotoninu byly získány při pokusech na motolicích jaterních Fasciola hepatica, parazitujících v játrech skotu a malého skotu [5]. Expozice serotoninu způsobila zvýšení motility u červů, stejně jako zvýšení koncentrace cAMP v důsledku cAMP-dependentní fosforylace fosfofruktokinázy. Přestože byl serotonin imunocytochemicky detekován v centrální a periferní části nervového systému dospělých a larválních forem parazitických ploštěnek [6], zůstává jeho funkce v organismu stále nedostatečně objasněna.
Materiály a metody. V této práci byl použit planární Schmidtea mediterranea (Plathelminthes, Turbellaria). Zvířata byla chována v zatemněných akváriích s vodovodní a destilovanou vodou (2:1) při 20±2 °C a krmena dvakrát týdně. Před experimentem byla zvířata držena týden hladová. Pro experiment byli vybráni jedinci dlouzí 8-9 mm a umístěni do skupin po 40 planárech v tmavých podmínkách. Během prvních 7 dnů byla zvířata chována ve 400 ml čerstvě připraveného roztoku serotoninu (od 10-5 M do
10-7 M), kontrolní skupina byla chována ve 400 ml vody. Jednou týdně byla zvířata krmena krvavými červy, poté byla vyměněna voda a kelímky byly zkoumány, přičemž se počítal počet planárů, kteří se rozdělili a nerozdělili (celkový počet zvířat ve sklenici). Experimenty byly prováděny metodou slepé kontroly. Byla popsána dynamika nepohlavní reprodukce ve skupinách. Pro statistickou analýzu byl použit nepárový t test s velšskou korekcí (program Prizm).
Výsledky a diskuse. S každou koncentrací serotoninu bylo provedeno 5-6 opakovaných experimentů na 200-240 zvířatech v každém bodě. Rozdělení planarů bylo pozorováno po dobu 6 týdnů. Bylo zjištěno, že během této doby počet zvířat, jak v kontrolní, tak v experimentální skupině, exponenciálně narůstal (tabulka 1). Největší nárůst počtu jedinců byl pozorován v prvním týdnu experimentu, kdy se zvýšil 2-2,5krát. Během 6 týdnů se počet planarianů ve skupině zvýšil 5-6krát. Výsledky ukazují vysokou produktivitu asexuální reprodukce u planárů.
Dynamika asexuální reprodukce u planárního Schmidtea mediterránea. Uvádí se počet jedinců v jednotlivých skupinách zvířat (bez expozice)
Skupina, datum pokusu Počáteční počet jedinců Týdny pozorování
Kontrola 1 15. 01. 15 n=40 101 124 143 175 191 199
Kontrola 2 15. 01. 15 n=40 99 134 166 203 219 229
Kontrola 3 30. 01. 15 n=40 86 106 140 186 220 242
Kontrola 4 30. 01. 15 n=40 82 110 149 172 226 242
Kontrola 5 10. 02. 15 n=40 89 102 130 158 166 174
Kontrola 6 30. 04. 15 n=40 104 116 122 126 128 129
Serotonin v koncentraci 10-5M měl inhibiční účinek na proces nepohlavní reprodukce u planarianů S. mediterránea, jeho koncentrace 10-6M a 10-7M vykazovaly slabý inhibiční účinek. Téměř vždy však v experimentálních skupinách byl pozorován menší počet dělených planárií (ve srovnání s jejich vlastní kontrolou). Je zajímavé, že účinek inhibice asexuální reprodukce byl od počátku opožděn
experimentu a úrovně spolehlivosti dosáhly až ve 4., 5. a 6. týdnu experimentu (tabulka 2). I přes přísné dodržování teploty a podmínek krmení byla pozorována poměrně významná odchylka v počtu rozdělených planárů ve skupinách. Experimenty byly prováděny v různých ročních obdobích, což mohlo ovlivnit dynamiku nepohlavní reprodukce. Variabilita ukazatelů se dá vysvětlit i přirozenou vnitrodruhovou variabilitou fyziologického stavu planárního organismu při jejich přípravě na separaci zooidu. Velké rozptyly lze v budoucnu vyrovnat provedením většího počtu experimentů.
Dynamika nepohlavní reprodukce planárů (celkový počet jedinců). V řádku – průměrná hodnota celkového počtu jedinců ve skupině ± standardní chyba, * – významné rozdíly u p
Skupiny pozorovacího týdne
Kontrola, N=5 91,4±3,7 112,0±3,6 139,0±3,4 168,0±6,5 191,4±12,6 205,4±13,6
Serotonin 10-5M, N=5 90,8±5,9 107,2±5,6 126,8±5,8 149,2±6,7* 157,4±6,2* 170,4±8,6*
Serotonin 10-6M, N=6 97,83±4,2 117,2±6,1 137,3±7,2 160,2±9,1 178,3±12,7 193,3±15,8
Serotonin 10-7M, N=6 95,5±6,7 110,8±7,4 132,5±8,9 159,8±12,7 179,2±16,6 194,7±19,5
Tato studie poprvé popisuje dynamiku asexuální reprodukce u planární X mediterranea během dlouhodobého skupinového ustájení. Byl objeven inhibiční účinek serotoninu na proces nepohlavní reprodukce. V literatuře se objevily spekulace o funkci serotoninu. Objev serotonin-imunopozitivních neuronů nebo jejich vláken v reprodukčních strukturách některých druhů červů [6] by tedy mohl naznačovat důležitou roli neurotransmiteru ve vývojových procesech. Byl také prokázán excitační účinek serotoninu na svaly červů [7]. O účasti serotoninu na regeneračním procesu jsou kusé informace [8]. Byla prokázána role serotoninu v regulaci pohybu řasinek na povrchu těla planárů, které přispívají k jejich pohybu [9]. Práce demonstruje možnost využití planárií jako modelového objektu při testování farmakologických látek regulujících počet ploštěnek.
Práce byla podpořena grantem Ruské nadace pro základní výzkum 15-04-05948a.
Literatura: 1. Baguna J. // Příroda. – 1981. – V. 290. – S.14-15. 2. Skavulyak A.N., Kreshchenko N.D., et al.//Sb. matematická konf. “Teorie a praxe boje proti parazitárním nemocem.” – 2014. – M.: VIGIS. — Sv. 15. – s. 284-287. 3. Rapport M.M., Green A.A., Page I.H. // Věda. – 1948. – V. – 108. – S. 329-330. 4. Gothert M. // Pharmacol Rep. — 2013. -V. 65. – S. 771-786. 5. Mansour T.E., Mansour J.M. //Biochemie. Pharmacol. – 1979. – V. 28. – S. 1943-1946. 6. Terenina N.B., Gustafsson M.K.S.//Funkční morfologie nervového systému parazitických ploštěnek (trematoda, cestody). – 2014. – M.: KMK. -296s. 7. Day T.A., Bennett J.L., Pax R.A. // Parazitologie. – 1994. – V. 108. – S. 425-432. 8. Franquinet R. // J. Embryol. Exp. Morphol. – 1979. – V. 51. – S. 85-95. 9. Sacharov D.A., Golubev A.I., et al. // Neurobiologie bezobratlých: vysílače, modulátory a receptory. — Budapešť. — Akademiai Kiado. – 1988. – S. 479-491.
Účinky serotoninu na dynamiku nepohlavní reprodukce u planárů Schmidtea mediterranea (Plathelminthes, Turbellaria). Kreshchenko N.D., Grebenshchikova E.V., Sedelnikov Z.V. Ústav buněčné biofyziky, RAS.
Souhrn. Vyšetřování nepohlavní reprodukce bylo provedeno na planáriích S. mediterranea. Proces asexuálního dělení byl sledován ve skupinách planarians. Dynamika separace ocasních fragmentů (zooidů) byla studována u kontrolních a experimentálních skupin léčených serotoninem. Bylo diskutováno možné zapojení tohoto neuromediátoru do regulace procesu planární asexuální reprodukce.
