هیدرا می تواند سر خود را به عقب برگرداند. دانشمندان می خواهند بدانند چگونه این کار را انجام می دهند.
برای گروهی از آبزیان کوچک معروف به هیدرا، سر بریدن بیش از هر چیز دیگری آزاردهنده است. به لطف توانایی های احیا کننده شگفت انگیز موجودات، این نباید کشنده باشد.
با این حال، فرآیندهایی که کنترل می‌کنند چگونه هیدرات‌ها روی سرشان رشد می‌کنند همچنان یک راز باقی مانده است. به امید درک اساس ژنتیکی این شاهکار، محققان به دقت بررسی کردند که کدام ژن ها در طول بازسازی روشن و خاموش می شوند و چگونه کنترل می شوند.
آید ماسیاس مونوز، زیست‌شناس تکاملی در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، می‌گوید: «ما می‌خواستیم بدانیم در سطح ژنوم چه اتفاقی می‌افتد که به این سلول‌ها می‌گوید رشد کنند یا رشد را متوقف کنند، و چگونه با رشد طبیعی مقایسه می‌شود.» این مطالعه را زمانی که در دانشگاه کالیفرنیا در ایروین بود انجام داد.
او و همکارانش تفاوت‌های کلیدی را در رشد سر در طول بازسازی و جوانه‌زنی، شکل تولید مثل غیرجنسی مورد استفاده هیدرا و برخی حیوانات دیگر مانند مرجان‌ها پیدا کردند. این تیم همچنین خاطرنشان کرد که برخی از مکانیسم‌های درگیر در بازسازی هیدرات مشابه مکانیسم‌هایی هستند که رشد را در حیوانات دیگر کنترل می‌کنند. Macias-Munoz، که یافته‌ها را در 8 دسامبر در مجله منتشر کرد، می‌گوید این می‌تواند به این معنی باشد که این "ابزارهای توسعه" یک تاریخ باستانی در قلمرو حیوانات دارند. زیست شناسی و تکامل ژنوم.
هیدرا متعلق به گروه بزرگتری از بی مهرگان به نام cnidarians است که شامل شقایق های دریایی، مرجان ها و چتر دریایی نیز می شود. بدن ساده آنها شکل لوله‌ای دارد که در یک انتها دهانه و شاخک‌ها و در انتهای دیگر آن یک «پا» است که به صخره اطراف یا سطح سخت دیگری می‌چسبد.
برخی از حیوانات مانند مارمولک ها و سمندرها می توانند اندام های از دست رفته را ترمیم کنند. اما هیدرا، همراه با برخی کرم ها و حیوانات دیگر، بازسازی را به حد افراط می کشند. هیدرا در نزدیکی دهان خود دارای گروهی متشکل از 50 تا 300 سلول است که سازمان دهنده سر نامیده می شود. همانطور که از نام آن پیداست، رشد سر را هدایت می کند. اگر هیدرا سر بریده شود، ممکن است یک سازمان دهنده جدید تشکیل شود و باعث رشد مجدد حیوان شود. در این بین، گاهی اوقات سر بریده شده در قسمت پایینی بدن خود رشد می کند.
دانشمندان همچنین با موفقیت سرهای هیدرا را بر روی بدن های بریده شده هیدراهای دیگر پیوند زدند. Macias-Munoz می‌گوید اگر هیدرا به انبوه سلول‌های کوچکی تبدیل شود، این توده‌ها که شامل سلول‌های سازمان‌دهنده سر می‌شوند، کل بدن را دوباره رشد خواهند کرد.
او و تیمش بررسی کردند که آیا هیدرا از دستورالعمل‌های مشابهی برای ساختن سر خود در طول بازسازی و جوانه‌زنی پیروی می‌کند (که در آن حیوان جوانه‌ای کوچک رشد می‌کند، که در نهایت جدا می‌شود تا یک هیدرا کاملاً جدید تشکیل شود). آنها نمونه‌های بافت گرفته‌شده از هیدرا را که هر دو فرآیند را طی می‌کرد، تجزیه و تحلیل کردند و ۲۹۸ ژن را شناسایی کردند که در طی بازسازی سر و جوانه‌زنی بیان متفاوتی دارند. اینها شامل ژن‌هایی است که قبلاً در تشکیل یک سازمان‌دهنده سر در هیدرا نقش داشتند و همچنین ژن‌هایی که در فرآیند بازسازی در حیوانات دیگر نقش دارند.
[Related: These jellyfish seem to cheat death. What’s their secret?]
Macias-Munoz می گوید: «باززایی و جوانه زدن، اگرچه نتیجه یکسانی را دریافت می کنید، مسیرهای متفاوتی را طی می کند.
او و همکارانش همچنین مکانیسم‌هایی را مطالعه کردند که کنترل می‌کنند آیا دستورالعمل‌های موجود در این ژن‌ها در طول بازسازی رعایت می‌شوند یا خیر. آنها در کروماتین حیوان مستقر شدند، یک ماده ژنتیکی متراکم که از DNA و پروتئین تشکیل شده است. هنگامی که بخشی از کروماتین "بسته" می شود، پروتئین هایی به نام هیستون آن را پیچیده می کنند تا DNA داخل آن قابل خواندن نباشد. هنگامی که کروماتین "باز" است، سایر پروتئین ها می توانند DNA را متصل کرده و رونویسی کنند.
Macias-Munoz می گوید: "برخی از مناطق کروماتین در طول دوره های خاصی از بازسازی باز هستند، در حالی که در زمان های دیگر بسته هستند." بنابراین نه تنها ژن ها روشن و خاموش می شوند، بلکه این تغییر در کروماتین باز یا بسته نیز به تنظیم بیان این ژن های مهم بازسازی کمک می کند.
محققان همچنین مناطقی را در کروماتین شناسایی کرده‌اند که به پروتئین‌هایی متصل می‌شوند که نقش مهمی در رشد گونه‌های مختلف جانوری دارند. Macias-Munoz می‌گوید: این نشان می‌دهد که برخی از ماشین‌های ژنتیکی زیربنای بازسازی قبل از جدا شدن cnidarians از اجداد حیوانات پیچیده‌تر مانند انسان تکامل یافته‌اند.
او گفت که نتایج یک سوال جالب را ایجاد می کند. آیا بازسازی بافت در هیدرا و سایر حیوانات بسیار مشابه عمل می کند؟ یا آیا حیواناتی مانند مارمولک ها و سمندرها ژن های رشدی را به روش های منحصر به فرد و متفاوتی «بازآرایی» می کنند تا به اثری مشابه هیدرا دست یابند؟
در آینده، Macias-Munoz چگونگی تعامل ژن ها و فرآیندهای کنترل شناسایی شده توسط او و تیمش را مطالعه خواهد کرد. او گفت: "گام بعدی این است که واقعاً آنها را از نظر عملکردی آزمایش کنیم و ببینیم آیا آنها کاری در بازسازی انجام می دهند."
مطالعه نحوه عملکرد بازسازی در موجودات ساده مانند هیدرا و اینکه چقدر شبیه فرآیندهای موجود در حیوانات دیگر است، می تواند به طور بالقوه به بینش هایی در مورد اینکه چگونه رشد در انسان اشتباه می شود منجر شود.
Macias-Munoz می گوید: «مطالعه هیدرا به سادگی بینشی اساسی در مورد آنچه سلول ها می توانند انجام دهند و مکانیسم آنها در سطح ژنتیکی چیست به ما می دهد. "اگر بتوانیم بفهمیم که چگونه آنها را بشکنیم یا اختلالات موجودات دیگر را اصلاح کنیم، شاید بتوانیم به این فکر کنیم که چگونه این اختلالات که اتفاق می‌افتند و باعث بیماری می‌شوند را می‌توان متفاوت درمان کرد."
[ad_2]