Xreferat.com » Рефераты по биологии и химии » История гидры от Антона Левенгука до наших дней

История гидры от Антона Левенгука до наших дней

Н.Ю. Зотова

XVIII век прославили два открытия: электричества и гидры.

Началась эта история более 300 лет назад, в 1702 г. А.Левенгук, известный своей страстью к микроскопическим животным, описал еще одно, найденное им в каналах вблизи города Дельфта. Крошечные организмы сидели на листьях водных растений и шевелили своими «рожками». Заметка Левенгука об этих существах была напечатана в «Трудах Лондонского Королевского общества» в 1703 г. Однако тогда мало кто обратил внимание на какую-то вновь описанную мелкую тварюшку, живущую в грязных каналах. Настоящую известность гидра приобрела благодаря швейцарскому ученому Абрааму Трамбле. Произошло это спустя почти четыре десятилетия – в 1740 г.

Тридцатилетний Трамбле приехал в Голландию и устроился учителем детей некоего графа Бентинка. Трамбле считал, что его ученики должны хорошо разбираться в вопросах естествознания и устроил в классной комнате настоящий пресноводный зоопарк, экспонаты для которого собирал в парке имения. Среди этих живых экспонатов оказались и гидры… Трамбле не читал заметку Левенгука и сначала принял их за растения. Чтобы проверить это предположение, он разрезал гидру на две части – и, действительно, каждая половинка через некоторое время восстановилась до целого организма. Однако разрезанием гидры пополам Трамбле не ограничился – он попробовал разрезать ее и на более мелкие части. И к своему удивлению обнаружил, что из каждой из этих частей вырастала новая гидра! Посоветовавшись со своим учителем, знаменитым Рене Антуаном Реомюром, Трамбле решил отнести загадочное создание к полипам, понимая под этим словом существа, способные восстанавливать свое тело даже из маленького фрагмента.

Известие о чудесных способностях крохотных организмов быстро распространилось среди образованных людей Европы. О них говорили и писали в письмах, как о величайшей сенсации. Люди «доставали» себе гидр и пытались в домашних условиях повторить опыты Трамбле. А тот охотно делился своими «полипами» со всеми желающими. Более того, он тщательно инструктировал своих последователей, посылая им вместе с гидрами подробные описания собственных экспериментов. Так что его опыты были повторены многими желающими. Однако опубликовал результаты своих экспериментов Трамбле только в 1744 г.

История гидры от Антона Левенгука до наших дней

История гидры от Антона Левенгука до наших дней

Три вида гидр, которые изучал Трамбле:

1 – Chlorohydra viridissima; 2 – Pelmatohydra oligactis; 3 – Hydra vulgaris

Заметки Трамбле назывались поэтично: «Мемуары к истории одного рода пресноводных полипов с руками в форме рогов». (Название Hydra этим организмам дал двумя годами позже, в 1746 г., Карл Линней.) Мемуары (буквально: воспоминания) – это рассказ очевидца о неких событиях. Сейчас почему-то принято считать, что о событиях, произошедших с самим автором мемуаров (причем количество людей, желающих поведать миру о происходившем с ними, весьма велико…) Однако мемуары могут быть посвящены описанию и более интересных событий – в частности так называют научные труды, изданные в рамках какого-нибудь общества.

Книга Трамбле включала четыре отдельных мемуара. Каждый из них сопровождался множеством рисунков, выполненных Пьером Лионэ, гравером-натуралистом, тоже, кстати, учеником Реомюра. В первом мемуаре Трамбле описывал обнаруженных им полипов, их внешний вид, движения и «часть того, что удалось открыть относительно их строения». Надо отметить, что из описаний Трамбле следует, что он наблюдал не один вид гидр, а три – обыкновенную (Hydra vulgaris), зеленую (Chlorohydra/H. viridissima) и гидру-олигактис (Pelmatohydra/

H. oligactis). Кстати, сейчас ученые считают, что на свете живет около 30 видов гидр: 5 – в Европе; не менее 13 – в Америке; 6 – в Африке и 4 – в Японии.

Во втором мемуаре Трамбле описывал окраску полипов, их питание, способы захвата и поглощения добычи, а также места (как сейчас бы сказали – «предпочитаемые места обитания»), время и способы, наиболее подходящие для отыскания полипов в природе. Здесь же содержался ряд сведений о том, в каких условиях лучше всего содержать гидр – рекомендации, не утратившие своего значения до сих пор.

В третьем мемуаре Трамбле описывал размножение гидр. Назвав эти организмы «полипами», он, однако, так и не смог решить, животным или растением является гидра. Может быть, наблюдения за процессом размножения у этих существ помогут прояснить этот вопрос? Еще в декабре 1740 г. Трамбле начал выяснять, каким способом гидры размножаются в естественных условиях. Правда, с декабря по конец февраля его попытки обнаружить гидр с «детенышами» не увенчались успехом. Зато весной исследователь сумел не только пронаблюдать за почкованием гидры, но и определить, сколько «малышей» она может произвести. У него получилось, что в среднем одна особь «приносит» по 20 почек в месяц.

Однако полового процесса у гидр Трамбле обнаружить не удалось, хотя он и наблюдал образование на их теле маленьких овальных телец на ножке, которые затем отваливались. Теперь мы знаем, что это были именно созревшие яйца, но Трамбле не удалось пронаблюдать их дальнейшую судьбу и понять, что это такое.

В итоге, так и не обнаружив у гидр полового размножения, он заканчивает третий мемуар рассуждениями о сходстве полипов с растениями, у которых размножение происходит также с помощью почек и черенков. В то же время, сравнивая гидр с обнаруженными им в тех же прудах мшанками (которых он называл «полипами с султаном» и у которых довольно легко обнаружил яйца), Трамбле все-таки заключил, что все полипы так или иначе должны размножаться половым путем.

История гидры от Антона Левенгука до наших дней

Обыкновенная гидра

с мужскими гонадами и яйцом

История гидры от Антона Левенгука до наших дней

Вылупление гидры из эмбриотеки

Впервые вылупление маленькой гидры из яйца наблюдал в 1766 г. П.Паллас. Правда, он решил, что наблюдаемый им процесс – один из вариантов почкования. И лишь в 1872 г. Н.Кляйненберг описал возникновение у гидр половых органов (гонад) из клеток эктодермы.

Чаще всего гидры – раздельнополы, т.е. у них есть мужские и женские особи, но изредка встречаются и гермафродиты. Пол особи предопределен и сохраняется и у молодых полипчиков, отпочковывающихся вегетативным путем.

На одной женской особи гидры может развиться до 10 яичников (но чаще 2–3). В каждом яичнике закладываются первичные яйца (оогонии) и множество клеток, содержащих питательные вещества. Первичные яйца имеют псевдоподии, которыми они захватывают (а потом и переваривают) сначала эти питательные клетки, а потом и друг друга.

В итоге «наиболее сильный» оогоний захватывает все остальные, и в конце концов в каждом из яичников развивается только одно яйцо. После двух делений созревания оно разрывает эктодерму и выпадает наружу, правда, оставаясь при этом прикрепленным к материнскому организму тонкой протоплазматической ножкой. В таком состоянии яйцо готово к оплодотворению, которого оно может ожидать от 10 до 30 часов.

В многочисленных семенниках мужских особей гидр после целого ряда делений развиваются очень мелкие сперматозоиды. Созрев, они выходят в воду и окружают готовые к оплодотворению яйца на женских особях.

Оплодотворенное яйцо сразу же начинает дробиться – до стадии превращения в гаструлу. Затем зародыш покрывается оболочкой, часто украшенной выростами и шипиками, и в таком виде падает на дно, где переживает зиму. Когда вода в водоеме начинает прогреваться под лучами весеннего солнца, молодой развившийся полипчик прорывает стенку своего «шипастого» домика и выходит наружу.

Но вернемся к мемуарам Трамбле. Последний из них (четвертый), был самым впечатляющим и назывался «Операции, произведенные на полипах, и их результаты». В этой части работы Трамбле описывал все свои «издевательства» над гидрой, начиная с поперечного рассечения на две половинки до поперечного и продольного рассечения на множество кусочков, каждый из которых затем восстанавливался в новый полип. Очень экзотичны и его тонко выполненные опыты по выворачиванию гидры наизнанку, вкладыванию одного полипа в другой, сращиванию нескольких полипов одного вида в одну особь.

История гидры от Антона Левенгука до наших дней

Схема математической модели взаимодействия генов Гирера и Майнхардта

Как уже говорилось, опыты Трамбле еще в его время повторили множество последователей. Но эти опыты проводят и сейчас. В настоящее время, с учетом накопленных знаний о процессах регуляции в организме, они позволяют многое узнать об особенностях крайне интересного и загадочного явления – регенерации.

Как известно, гидра – радиально-симметричное животное. Ее тело представляет собой полую трубку, состоящую из двух слоев клеток с так называемой головой (ротовым отверстием, окруженным щупальцами) на одном конце и подошвой на другом. Единственная дополнительная структура, которая появляется уразмножающихся бесполым способом гидр, – это почка.

История гидры от Антона Левенгука до наших дней

А. Пересадка кусочка ткани головы одной гидры поблизости от головы другой вызывает образование почки.

Б. Пересадка кусочка ткани головы одной гидры в различные участки тела другой также вызывает образование почки. Чем больше расстояние от существующей головы, тем процент образования почек выше

Деление клеток происходит в туловищном отделе гидры, а затем новые клетки смещаются или к голове, или к подошве, или к месту образования почки. При этом подошва и голова являются организующими центрами – если новая клетка оказывается по соседству с ними, она никогда не дифференцирует так, чтобы рядом с уже имеющейся головой или подошвой начала развиваться вторая. Однако с расстоянием этот эффект затухает, и в том месте, где «запрет» на образование головы снимается, закладывается почка.

Почему так происходит? Дело в том, что в клетках уже имеющейся головы запущена работа генов-активаторов, продукты деятельности которых стимулируют запуск аналогичных генов в соседних клетках. Гены-активаторы кодируют высокомолекулярные продукты, которые скапливаются в месте синтеза: таким образом в голове поддерживается информация о том, что это – голова. В то же время продукты деятельности генов-активаторов стимулируют работу генов-ингибиторов, которые в свою очередь тормозят работу генов-активаторов. Замкнутый круг? Нет. Продукты работы генов-ингибиторов отличаются низкой молекулярной массой, они легко распространяются (диффундируют) из места синтеза и оказываются в клетках, расположенных поблизости от головы, но за ее пределами. Именно там они не дают включаться генам-активаторам, а значит – закладываться новой голове. Мало того, если кусочек ткани развившейся головы одной гидры пересадить в тело другой, то из пересаженного куска в любом случае разовьется голова (почка) – даже если он окажется в непосредственной близости от уже имеющейся собственной головы особи-реципиента. То есть если «программа головы» запущена, то продукты деятельности генов-ингибиторов уже не могут ее остановить.

Но по мере удаления от головы концентрация ингибиторов падает, и когда она становится ниже определенного значения, то «разрешается» новая голова, т.е. закладывается почка. Аналогичным образом действуют и активаторы и ингибиторы подошвы. Правда, ингибиторы подошвы, вероятно, сильнее, чем головы, так как на нормальной гидре никаких дополнительных почек-ног никогда не образуется.

Сейчас известно и несколько генов, отвечающих за «понимание» клетками тела гидры того, в каком месте относительно оси «подошва–голова» они находятся. Большинство этих генов кодируют ферменты, расщепляющие белки внеклеточного матрикса – неразделенной на клетки полоски вещества, на которой с разных сторон располагаются клетки эктодермы и энтодермы. Концентрация расщепляющих ферментов в матриксе гидры плавно изменяется от одного конца тела к другому таким образом, что в каждой точке матрикс имеет свой, уникальный, состав. Он-то и позволяет клеткам определить свое положение. А если гидра, например, теряет голову, то в железистых клетках энтодермы в районе повреждения из специальных гранул высвобождаются определенные белковые молекулы. Связываясь с рецепторами на эпителиально-мышечных клетках, расположенных по соседству, эти молекулы включают в них «программу образования головы».

Вот так постепенно ученые проникают в секреты удивительных способностей гидры. Однако, у исследователей еще много вопросов к этому животному, и один из них, казалось бы, прост: а сколько живет гидра? Однажды этот вопрос был задан участникам одного из международных конгрессов вне официальной программы, на пикнике. И попал в «номинацию» самых трудных. Приз за ответ на него получил профессор из Цюриха Пьер Тардент: «Гидра будет жить до тех пор, пока лаборантка не разобьет пробирку, в которой она живет!» Действительно, некоторые ученые считают, что это животное может жить вечно…

Список литературы

Трамбле А. Мемуары к истории одного рода пресноводных полипов с руками в форме рогов /Пер. с франц. И.Канаева. – М.-Л.: Гос. изд-во биол. и мед. литературы, 1937.

Степаньянц С.Д., Кузнецова В.Г., Анохин Б.А. Гидра. – М.: КМК, 2003.

Похожие рефераты: