Н.Ю. Зотова
XVIIIвек прославили два открытия: электричества и гидры.
Началасьэта история более 300 лет назад, в 1702 г. А.Левенгук, известный своей страстью к микроскопическим животным, описал еще одно, найденное им в каналах вблизигорода Дельфта. Крошечные организмы сидели на листьях водных растений ишевелили своими «рожками». Заметка Левенгука об этих существах была напечатанав «Трудах Лондонского Королевского общества» в 1703 г. Однако тогда мало кто обратил внимание на какую-то вновь описанную мелкую тварюшку, живущую вгрязных каналах. Настоящую известность гидра приобрела благодаря швейцарскомуученому Абрааму Трамбле. Произошло это спустя почти четыре десятилетия – в 1740 г.
ТридцатилетнийТрамбле приехал в Голландию и устроился учителем детей некоего графа Бентинка.Трамбле считал, что его ученики должны хорошо разбираться в вопросахестествознания и устроил в классной комнате настоящий пресноводный зоопарк, экспонатыдля которого собирал в парке имения. Среди этих живых экспонатов оказались игидры… 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 попробовалразрезать ее и на более мелкие части. И к своему удивлению обнаружил, что изкаждой из этих частей вырастала новая гидра! Посоветовавшись со своим учителем,знаменитым Рене Антуаном Реомюром, Трамбле решил отнести загадочное создание кполипам, понимая под этим словом существа, способные восстанавливать свое телодаже из маленького фрагмента.
Известиео чудесных способностях крохотных организмов быстро распространилось средиобразованных людей Европы. О них говорили и писали в письмах, как о величайшейсенсации. Люди «доставали» себе гидр и пытались в домашних условиях повторитьопыты Трамбле. А тот охотно делился своими «полипами» со всеми желающими. Болеетого, он тщательно инструктировал своих последователей, посылая им вместе сгидрами подробные описания собственных экспериментов. Так что его опыты былиповторены многими желающими. Однако опубликовал результаты своих экспериментовТрамбле только в 1744 г.
/>
/>
Тривида гидр, которые изучал Трамбле:
1 – Chlorohydra viridissima; 2 – Pelmatohydra oligactis; 3 – Hydravulgaris
ЗаметкиТрамбле назывались поэтично: «Мемуары к истории одного рода пресноводныхполипов с руками в форме рогов». (Название Hydra этим организмам дал двумягодами позже, в 1746 г., Карл Линней.) Мемуары (буквально: воспоминания) – эторассказ очевидца о неких событиях. Сейчас почему-то принято считать, что особытиях, произошедших с самим автором мемуаров (причем количество людей, желающихповедать миру о происходившем с ними, весьма велико…) Однако мемуары могут бытьпосвящены описанию и более интересных событий – в частности так называютнаучные труды, изданные в рамках какого-нибудь общества.
КнигаТрамбле включала четыре отдельных мемуара. Каждый из них сопровождалсямножеством рисунков, выполненных Пьером Лионэ, гравером-натуралистом, тоже, кстати,учеником Реомюра. В первом мемуаре Трамбле описывал обнаруженных им полипов, ихвнешний вид, движения и «часть того, что удалось открыть относительно ихстроения». Надо отметить, что из описаний Трамбле следует, что он наблюдал неодин 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 видовгидр: 5 – в Европе; не менее 13 – в Америке; 6 – в Африке и 4 – в Японии.
Вовтором мемуаре Трамбле описывал окраску полипов, их питание, способы захвата ипоглощения добычи, а также места (как сейчас бы сказали – «предпочитаемые местаобитания»), время и способы, наиболее подходящие для отыскания полипов вприроде. Здесь же содержался ряд сведений о том, в каких условиях лучше всегосодержать гидр – рекомендации, не утратившие своего значения до сих пор.
Втретьем мемуаре Трамбле описывал размножение гидр. Назвав эти организмы«полипами», он, однако, так и не смог решить, животным или растением являетсягидра. Может быть, наблюдения за процессом размножения у этих существ помогутпрояснить этот вопрос? Еще в декабре 1740 г. Трамбле начал выяснять, каким способом гидры размножаются в естественных условиях. Правда, с декабря по конецфевраля его попытки обнаружить гидр с «детенышами» не увенчались успехом. Затовесной исследователь сумел не только пронаблюдать за почкованием гидры, но иопределить, сколько «малышей» она может произвести. У него получилось, что всреднем одна особь «приносит» по 20 почек в месяц.
Однакополового процесса у гидр Трамбле обнаружить не удалось, хотя он и наблюдалобразование на их теле маленьких овальных телец на ножке, которые затемотваливались. Теперь мы знаем, что это были именно созревшие яйца, но Трамблене удалось пронаблюдать их дальнейшую судьбу и понять, что это такое.
Витоге, так и не обнаружив у гидр полового размножения, он заканчивает третиймемуар рассуждениями о сходстве полипов с растениями, у которых размножениепроисходит также с помощью почек и черенков. В то же время, сравнивая гидр собнаруженными им в тех же прудах мшанками (которых он называл «полипами ссултаном» и у которых довольно легко обнаружил яйца), Трамбле все-таки заключил,что все полипы так или иначе должны размножаться половым путем.
/>
Обыкновенная гидра
с мужскими гонадами и яйцом
/>
Вылупление гидры из эмбриотеки
Впервыевылупление маленькой гидры из яйца наблюдал в 1766 г. П.Паллас. Правда, он решил, что наблюдаемый им процесс – один из вариантов почкования. И лишьв 1872 г. Н.Кляйненберг описал возникновение у гидр половых органов (гонад) изклеток эктодермы.
Чащевсего гидры – раздельнополы, т.е. у них есть мужские и женские особи, ноизредка встречаются и гермафродиты. Пол особи предопределен и сохраняется и умолодых полипчиков, отпочковывающихся вегетативным путем.
Наодной женской особи гидры может развиться до 10 яичников (но чаще 2–3). Вкаждом яичнике закладываются первичные яйца (оогонии) и множество клеток, содержащихпитательные вещества. Первичные яйца имеют псевдоподии, которыми онизахватывают (а потом и переваривают) сначала эти питательные клетки, а потом идруг друга.
Витоге «наиболее сильный» оогоний захватывает все остальные, и в конце концов вкаждом из яичников развивается только одно яйцо. После двух делений созреванияоно разрывает эктодерму и выпадает наружу, правда, оставаясь при этомприкрепленным к материнскому организму тонкой протоплазматической ножкой. Втаком состоянии яйцо готово к оплодотворению, которого оно может ожидать от 10до 30 часов.
Вмногочисленных семенниках мужских особей гидр после целого ряда делений развиваютсяочень мелкие сперматозоиды. Созрев, они выходят в воду и окружают готовые коплодотворению яйца на женских особях.
Оплодотворенноеяйцо сразу же начинает дробиться – до стадии превращения в гаструлу. Затемзародыш покрывается оболочкой, часто украшенной выростами и шипиками, и в такомвиде падает на дно, где переживает зиму. Когда вода в водоеме начинаетпрогреваться под лучами весеннего солнца, молодой развившийся полипчикпрорывает стенку своего «шипастого» домика и выходит наружу.
Новернемся к мемуарам Трамбле. Последний из них (четвертый), был самымвпечатляющим и назывался «Операции, произведенные на полипах, и их результаты».В этой части работы Трамбле описывал все свои «издевательства» над гидрой, начинаяс поперечного рассечения на две половинки до поперечного и продольногорассечения на множество кусочков, каждый из которых затем восстанавливался вновый полип. Очень экзотичны и его тонко выполненные опыты по выворачиваниюгидры наизнанку, вкладыванию одного полипа в другой, сращиванию несколькихполипов одного вида в одну особь.
/>
Схемаматематической модели взаимодействия генов Гирера и Майнхардта
Какуже говорилось, опыты Трамбле еще в его время повторили множествопоследователей. Но эти опыты проводят и сейчас. В настоящее время, с учетомнакопленных знаний о процессах регуляции в организме, они позволяют многоеузнать об особенностях крайне интересного и загадочного явления – регенерации.
Какизвестно, гидра – радиально-симметричное животное. Ее тело представляет собойполую трубку, состоящую из двух слоев клеток с так называемой головой (ротовымотверстием, окруженным щупальцами) на одном конце и подошвой на другом.Единственная дополнительная структура, которая появляется уразмножающихсябесполым способом гидр, – это почка.
/>
А.Пересадка кусочка ткани головы одной гидры поблизости от головы другой вызываетобразование почки.
Б.Пересадка кусочка ткани головы одной гидры в различные участки тела другойтакже вызывает образование почки. Чем больше расстояние от существующей головы,тем процент образования почек выше
Делениеклеток происходит в туловищном отделе гидры, а затем новые клетки смещаются илик голове, или к подошве, или к месту образования почки. При этом подошва иголова являются организующими центрами – если новая клетка оказывается пососедству с ними, она никогда не дифференцирует так, чтобы рядом с ужеимеющейся головой или подошвой начала развиваться вторая. Однако с расстояниемэтот эффект затухает, и в том месте, где «запрет» на образование головыснимается, закладывается почка.
Почемутак происходит? Дело в том, что в клетках уже имеющейся головы запущена работагенов-активаторов, продукты деятельности которых стимулируют запуск аналогичныхгенов в соседних клетках. Гены-активаторы кодируют высокомолекулярные продукты,которые скапливаются в месте синтеза: таким образом в голове поддерживаетсяинформация о том, что это – голова. В то же время продукты деятельностигенов-активаторов стимулируют работу генов-ингибиторов, которые в свою очередьтормозят работу генов-активаторов. Замкнутый круг? Нет. Продукты работыгенов-ингибиторов отличаются низкой молекулярной массой, они легкораспространяются (диффундируют) из места синтеза и оказываются в клетках, расположенныхпоблизости от головы, но за ее пределами. Именно там они не дают включатьсягенам-активаторам, а значит – закладываться новой голове. Мало того, есликусочек ткани развившейся головы одной гидры пересадить в тело другой, то изпересаженного куска в любом случае разовьется голова (почка) – даже если онокажется в непосредственной близости от уже имеющейся собственной головыособи-реципиента. То есть если «программа головы» запущена, то продуктыдеятельности генов-ингибиторов уже не могут ее остановить.
Нопо мере удаления от головы концентрация ингибиторов падает, и когда онастановится ниже определенного значения, то «разрешается» новая голова, т.е.закладывается почка. Аналогичным образом действуют и активаторы и ингибиторыподошвы. Правда, ингибиторы подошвы, вероятно, сильнее, чем головы, так как нанормальной гидре никаких дополнительных почек-ног никогда не образуется.
Сейчасизвестно и несколько генов, отвечающих за «понимание» клетками тела гидры того,в каком месте относительно оси «подошва–голова» они находятся. Большинство этихгенов кодируют ферменты, расщепляющие белки внеклеточного матрикса –неразделенной на клетки полоски вещества, на которой с разных сторонрасполагаются клетки эктодермы и энтодермы. Концентрация расщепляющих ферментовв матриксе гидры плавно изменяется от одного конца тела к другому таким образом,что в каждой точке матрикс имеет свой, уникальный, состав. Он-то и позволяетклеткам определить свое положение. А если гидра, например, теряет голову, то вжелезистых клетках энтодермы в районе повреждения из специальных гранулвысвобождаются определенные белковые молекулы. Связываясь с рецепторами наэпителиально-мышечных клетках, расположенных по соседству, эти молекулывключают в них «программу образования головы».
Воттак постепенно ученые проникают в секреты удивительных способностей гидры.Однако, у исследователей еще много вопросов к этому животному, и один из них, казалосьбы, прост: а сколько живет гидра? Однажды этот вопрос был задан участникамодного из международных конгрессов вне официальной программы, на пикнике. Ипопал в «номинацию» самых трудных. Приз за ответ на него получил профессор изЦюриха Пьер Тардент: «Гидра будет жить до тех пор, пока лаборантка не разобьетпробирку, в которой она живет!» Действительно, некоторые ученые считают, чтоэто животное может жить вечно…
Список литературы
ТрамблеА. 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.
СтепаньянцС.Д., Кузнецова В.Г., Анохин Б.А. Гидра. – М.: КМК, 2003.
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта bio.1september.ru