Способности к регенерации у разных кишечнополостных

д.), то при регенерации из кусочка ткани они должны возникать либо из таких же уже имеющихся клеток, либо в результате трансформации одного типа клеток в другой.

2. Фрагменты тканей, вероятно, «знают», из какого взрослого организма они произошли, и перестраиваются в соответствии с этим.

Если сравнить эти результаты и выводы с результатами и выводами, полученными при исследовании регенерации у ацетабулярии (одноклеточные), то можно обратить внимание на то, что они в основном сходны, за исключением того, что в одном случае речь идет о регенерации структуры из части, состоящей из клеток, а в другом — клеток нет, но специфическая организация существует.

При изучении регенерации кишечнополостных из фрагментов стебля обнаружены и другие интересные особенности (рис.

4). Во-первых, скорость и полнота регенерации нового головного отдела зависят от того, из какой части стебля взят фрагмент. Если стебель полипа разрезать на несколько фрагментов равного размера, то фрагмент, ближе всего расположенный к головному отделу (дистальный конец), наиболее быстро и полно образует новый головной конец, а фрагмент, взятый из самой нижней части стебля (проксимальный конец), — наиболее медленно. Другими словами, вдоль всего стебля существует градиент способности к образованию нового головного отдела. Кроме того, если в одном участке стебля регенерирует новый головной отдел, то его образование в другом участке подавляется. Например, на фрагменте стебля умеренной длины образуется только один новый головной отдел, причем всегда только в области разреза на дистальном конце фрагмента. Однако если воспрепятствовать регенерации головного отдела на дистальном конце, надев на него стеклянный колпачок, то головной отдел возникнет из проксимального конца (хотя медленнее, чем из дистального). Избежать действия одного конца фрагмента на другой можно двумя способами:

1) использовать достаточно длинный фрагмент ствола, чтобы оба конца находились на значительном расстоянии друг от друга;

2) путем физиологического разобщения двух концов.

Последнее можно осуществить, перевязав фрагмент ствола посередине и предотвратив тем самым перемещение веществ и клеток. При этом головные отделы регенерируют на обоих концах фрагмента, причем никаких конкурентных отношений не отмечено.

Это явление характерно и для других развивающихся систем. Примером может служить развитие задней конечности у куриных зародышей. Конечность возникает в виде небольшого выроста в определенном участке боковой поверхности зародыша. Показано, что окружающие участки также могут образовать конечность. Почему же конечность образуется именно там, где она образуется, и почему другие участки, из которых она может развиться, в норме не образуют конечности?

А — дистальные фрагменты развиваются быстрее и полнее проксимальных. Б — короткие фрагменты образуют новый головной отдел только на дистальном конце. Длинные — и на дистальном, и на проксимальном. В — если воспрепятствовать регенерации головного отдела на дистальном конце короткого фрагмента, то он образуется на проксимальном. Г — если дистальный и проксимальный концы короткого фрагмента разделить, то регенерируют два головных отдела.

Рисунок 4 Регенерация полипов из фрагментов стволика.

Система, в которой в определенном направлении могут развиваться многие части, но в действительности развивается только одна, называется морфогенетическим полем. Доминирование одной части поля над другой обеспечивает упорядоченность развития. Благодаря этому у полипа образуется один головной отдел именно там, где он должен быть, а у цыпленка образуются также на своих местах один хвост, два крыла и две задние конечности. Кроме того, морфогенетическое поле обеспечивает лабильность, поскольку, если по каким-либо причинам доминирующая область морфогенетического поля разрушится, ее заменит соседняя. У кишечнополостных, например, головной отдел в норме образуется только из верхней части стебля. Но если головной отдел случайно разрушится, то из нижележащих тканей образуется новый.

Гидра легко восстанавливает утраченные части тела. Даже сильно израненная, превращенная в лохмотья, она выживает. Уцелеет хоть кусочек туловища — и гидра восстановится.

Рисунок 5 Процесс регенерации у гидры

Если гидру разрезать напополам, то каждая часть регенерируется в новую гидру. Если даже разрезать гидру на несколько частей, то и тогда каждая часть при благоприятных условиях может восстановиться в целое животное. Эта особенность и послужила поводом для названия — гидра. Первый наблюдатель был поражен такой живучестью гидры, и ему вспомнилось сказочное многоголовое чудовище — гидра, у которой отрубленные головы сразу же отрастали. Эта способность гидры связана с сидячим образом жизни, который она ведет, и с простотой строения тела гидры.

Способность беспозвоночных животных восстанавливать утраченные или поврежденные части тела носит название регенерации. Само слово «регенерация» означает «восстановление».

Исследуя животных, ученые установили, что за время развития от яйца до образования нового животного данного вида коротко повторяются основные этапы, через которые прошли предки этих животных в своем историческом развитии в прежние периоды истории планеты.

Мы уже знаем, что развитие гидры начинается с одноклеточной простейшей стадии — яйца. Из яйца развиваются и другие кишечнополостные животные. Развитие гидры и других кишечнополостных начинается с одной клетки, это указывает на происхождение этих животных от одноклеточных. В прошлом кишечнополостные произошли от древних простейших животных. На это указал выдающийся русский ученый И. И. Мечников, детально разработавший теорию происхождения многоклеточных организмов от одноклеточных.

Эта теория подтверждается исследованием развития гидры и других кишечнополостных. Нам известно, что из одноклеточной стадии гидры (яйца) образуются две затем четыре, восемь и более клеток гидры. Такой путь размножения гидры показывает, что в далеком прошлом истории планеты от одиночных простейших произошли группировки этих животных из двух, затем четырех, восьми и большего количества клеток. Животные, сходные с такими группировками клеток, в несколько измененном виде живут на нашей планете и в настоящее время.

Велика способность актиний к регенерации, хотя в меньшей степени, чем у пресноводных гидр.

В способности к регенерации кораллы не отстают от гидры. Из их крошечных обломков вырастают большие новые колонии. Верхушки кораллов, достигнув уровня отлива, останавливаются в росте и, в конце концов, отмирают, колония же продолжает расти с боков. На зрелых рифах именно на краю, под ударами волн, колония и совершает свой самый активный рост. Наращивание скелета идет у них концентрическими слоями, следуя ритму смены лунных фаз.

Ученые, изучавшие регенерацию кишечнополостных, производимую из фрагментов стебля, обнаружили и другие интересные особенности этих животных. Первое — скорость и полнота регенерации обновленного головного отдела находятся в зависимости от того, какая часть стебля являлась донором фрагмента. При делении стебля полипа на несколько фрагментов одинакового размера, тот из них, который ближе всего расположен к головному отделу или, так называемому дистальному концу, быстрее других образует новый головной конец, в противоположность ему тот фрагмент, который взят из самой нижней части стебля — проксимального конца — максимально медленно. Получается, что вдоль всего стебля существует этакий градиент способности к восстановлению головного отдела. Помимо этого, при регенерации нового головного отдела в одном участке стебля, его одновременное образование на другом участке сразу же подавляется. Примером этой особенности может служить ситуация, когда на фрагменте стебля небольшой длины вырастает только один новый головной отдел, появляющийся всегда в области разреза на дистальном конце фрагмента. Но, в том случае, если регенерации головного отдела на дистальном конце что-либо воспрепятствует, например, механическое надевание на конец стеклянного колпачка, то головной отдел будет восстановлен из проксимального конца, просто это произойдёт более длительно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Особо следует подчеркнуть феноменальную способность кишечнополостных животных к регенерации — восстановлению утраченных частей тела. Именно эта способность обусловила название одного из классов типа — гидрозои. Они названы в честь мифической лернейской гидры, с которой сражался Геракл. Когда герой отрубал у гидры одну голову, у нее тут же вырастали две другие, что сильно мешало Гераклу справиться с чудовищем. «Эта аналогия возникла у швейцарского ученого Абрама Трамбле (1742) после серии опытов, связанных с регенерацией у пресноводной гидры» (2, с.658).

Исследователь разрезал животное на куски и наблюдал, как из каждого из них возникает новая гидра. Более того, Трамбле еще выворачивал гидру наизнанку, и она выживала. Животное при этом не вворачивалось обратно, просто клетки энтодермы и эктодермы мигрировали в подобающую им область. Способность кишечнополостных восстанавливать части тела также делает их похожими на растения, для которых такое свойство является обычным явлением.

Оплодотворённая яйцеклетка медузы дробясь на 2−4-8−16−32 и т. д. все более мелких клеток, образует многоклеточную, весьма просто устроенную личинку — планулу. Планула недолго активно плавает в толще воды, опускается на дно, закрепляется на субстрате и, приобретая форму потенциально бессмертного полипа, начинает питаться и растет. По достижении определенной величины, этот полип начинает вегетативно размножаться — клонировать свои генетические копии, медуз, которые отделяются от него и уплывают. По всей видимости, эти медузы также не имеют естественной смерти, они просто питаются, растут, продуцируя, с некоего момента, половые клетки. Рост их никаким внутренним генетическим механизмом не ограничен. Они погибают, спустя очень долгое время, из-за своей, уже непомерной величины и слабости скелетных структур, от механических колебаний водной среды, нападений хищников, разрывающих их на такие фрагменты, которым уже не хватает внутренних ресурсов для регенерации.

Важно отметить, что древние кишечнополостные, несомненно, являются нашими далекими предками. Потенциальное бессмертие их индивидов, при их столь же несложном строении и физиологии, как и у нынешних медуз и полипов, поддерживалось сохранением во взрослом, половозрелом состоянии, запасных, недифференцированных и неспециализированных зародышевых клеток, воспроизводящих, в случаях повреждения или утраты, любые их ткани и органы.

Непременно следует оговориться: факты индивидуального бессмертия многоклеточных кишечнополостных особей не имеется возможности установить — даже наблюдениями, из поколения в поколение, разными людьми за одним и тем же полипом — с древнеегипетских времен до наших дней — (если бы они имели место быть) — не смогли бы послужить прямым доказательством в строгом юридическом смысле этого слова.

Поэтому можно говорить лишь о потенциальном бессмертии многоклеточного индивида, обладающего генетическим механизмом регенерации клеток, составляющих все его ткани и органы. Противоречие между двумя тенденциями: «потенциальное бессмертие особи или популяции?» разрешается самой общей направленностью формообразующего естественного отбора — на усложнение: более быстрая смена поколений способствует именно ему.

Перестав быть предметом стабилизирующего отбора, любая структура организма, в том числе и генетический механизм регенерации, обеспечения «клеточного бессмертия» и потенциального бессмертия многоклеточного организма — постепенно исчезает: сначала образуемые этим генетическим механизмом структуры становятся рудиментарными, затем — атовистическим, затем группой «молчащих генов» и, наконец, выпадают из генома.

Абдурахманов, Г. М. Основы зоологии и зоогеографии: Учебник / Г. М. Абдурахманов, И. К Лопатин, Ш. И. Исмаилов. — М.: Изд. «Академия», 2001. — 496 с.

Библич, Г. Л. Биология для поступающих в вузы / Г. Л. Билич, В. А. Крыжановский. — М.: Оникс, 2008. — 1088 с.

Левушкин, С. И. Общая зоология: Учебник / С. И. Левушкин, И. А. Шилов. — М.: Высшая школа, 1994. — 432 с.

Основы палеонтологии. Т.

2. Губки, археоциаты, кишечнополостные, черви / Под ред. Б. С. Соколова. — М.: Издательство Академии наук СССР, 1962. — 485 с.

Регенерация полипов и медуз // Журнал «Экология XXI век. Международный научный журнал», 2009. — № 3

Шарова, И. Х. Зоология беспозвоночных: Учебник / И. Х. Шарова. — М.: ВЛАДОС, 2002. — 592 с.

Интернет-ресурс:

http://www.newecologist.ru/ecologs-251−2.html Экология и охрана природы. Царство животных. Многоклеточные: губки и кишечнополостные