Історія гідри від Антона Левенгука до наших днів

Н.Ю. Зотова

XVIII століття прославили два відкриття: електрики і гідри.

Почалася ця історія більше 300 років тому, в 1702 р А.Левенгук, відомий своєю пристрастю до мікроскопічних тварин, описав ще одне, знайдене ним в каналах поблизу міста Дельфта. Крихітні організми сиділи на листках водних рослин і ворушили своїми «ріжками». Замітка Левенгука про цих істот була надрукована в «Працях Лондонського Королівського товариства» в 1703 р Однак тоді мало хто звернув увагу на якусь знову описану дрібну тварюшку, яка живе в брудних каналах. Справжню популярність гідра набула завдяки швейцарському вченому Абраама Трамбле. Сталося це через майже чотири десятиліття - в 1740 р

Тридцятирічний Трамбле приїхав до Голландії і влаштувався вчителем дітей якогось графа Бентінк. Трамбле вважав, що його учні повинні добре розбиратися в питаннях природознавства і влаштував в класній кімнаті справжній прісноводний зоопарк, експонати для якого збирав у парку маєтку. Серед цих живих експонатів виявилися і гідри ... Трамбле не читав замітку Левенгука і спочатку прийняв їх за рослини. Щоб перевірити це припущення, він розрізав гідру на дві частини - і, дійсно, кожна половинка через деякий час відновилася до цілого організму. Однак розрізанням гідри навпіл Трамбле не обмежився - він спробував розрізати її і на більш дрібні частини. І на свій подив виявив, що з кожної з цих частин виростала нова гідра! Порадившись зі своїм учителем, знаменитим Рене Антуаном Реомюром, Трамбле вирішив віднести загадкове створення до поліпів, розуміючи під цим словом істоти, здатні відновлювати своє тіло навіть з маленького фрагмента.

Звістка про чудесні здібності крихітних організмів швидко поширилося серед освічених людей Європи. Про них говорили і писали в листах, як про найбільшу сенсацію. Люди «діставали» собі гідр і намагалися в домашніх умовах повторити досліди Трамбле. А той охоче ділився своїми «поліпами» з усіма бажаючими. Більш того, він ретельно інструктував своїх послідовників, посилаючи їм разом з гідрами докладні описи власних експериментів. Так що його досліди були повторені багатьма бажаючими. Однак опублікував результати своїх експериментів Трамбле тільки в 1744 р

Три види гідр, які вивчав Трамбле:

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

Нотатки Трамбле називалися поетично: «Мемуари до історії одного роду прісноводних поліпів з руками у формі рогів». (Назва Hydra цим організмам дав двома роками пізніше, в 1746 р, Карл Лінней.) Мемуари (буквально: спогади) - це розповідь очевидця про деякі події. Зараз чомусь прийнято вважати, що про події, що сталися з самим автором мемуарів (причому кількість людей, бажаючих розповісти світу про те, що відбувалося з ними, дуже велике ...) Однак мемуари можуть бути присвячені опису і цікавіших подій - зокрема так називають наукові праці , видані в рамках якого-небудь суспільства.

Книга Трамбле включала чотири окремих мемуара. Кожен з них супроводжувався безліччю малюнків, виконаних П'єром Ліоне, гравером-натуралістом, теж, до речі, учнем Реомюра. У першому мемуаре Трамбле описував виявлених ним поліпів, їх зовнішній вигляд, руху і «частина того, що вдалося відкрити щодо їх будови». Треба відзначити, що з описів Трамбле випливає, що він спостерігав не один вид гідр, а три - звичайну (Hydra vulgaris), зелену (Chlorohydra / H. Viridissima) і гідру-олігактіс (Pelmatohydra /

H. oligactis). До речі, зараз вчені вважають, що на світі живе близько 30 видів гідр: 5 - в Європі; не менше 13 - в Америці; 6 - в Африці і 4 - в Японії.

У другому мемуаре Трамбле описував забарвлення поліпів, їх харчування, способи захоплення і поглинання видобутку, а також місця (як зараз би сказали - «бажані місця проживання»), час і способи, які найбільше підходять для відшукання поліпів в природі. Тут же містилася низка відомостей про те, в яких умовах найкраще містити гідр - рекомендації, які втратили свого значення до сих пір.

У третьому мемуаре Трамбле описував розмноження гідр. Назвавши ці організми «поліпами», він, однак, так і не зміг вирішити, тваринам чи рослиною є гідра. Може бути, спостереження за процесом розмноження у цих істот допоможуть прояснити це питання? Ще в грудні 1740 Трамбле почав з'ясовувати, яким способом гідри розмножуються в природних умовах. Правда, з грудня по кінець лютого його спроби виявити гідр з «дитинчатами» не увінчалися успіхом. Зате навесні дослідник зумів не тільки поспостерігати за брунькуванням гідри, але і визначити, скільки «малюків» вона може призвести. У нього вийшло, що в середньому одна особина «приносить» по 20 нирок на місяць.

Однак статевого процесу у гідр Трамбле виявити не вдалося, хоча він і спостерігав утворення на їхньому тілі маленьких овальних тілець на ніжці, які потім відвалювалися. Тепер ми знаємо, що це були саме дозрілі яйця, але Трамбле не вдалося поспостерігати їх подальшу долю і зрозуміти, що це таке.

У підсумку, так і не виявивши у гідр статевого розмноження, він закінчує третій мемуар міркуваннями про подібність поліпів з рослинами, у яких розмноження відбувається також за допомогою нирок і живців. У той же час, порівнюючи гідр з виявленими їм у тих же ставках моховинками (яких він називав «поліпами з султаном» і у яких досить легко виявив яйця), Трамбле все-таки зробив висновок, що всі поліпи так чи інакше повинні розмножуватися статевим шляхом.

Вперше вилуплення маленької гідри з яйця спостерігав в 1766 р П.Паллас. Правда, він вирішив, що спостережуваний їм процес - один з варіантів брунькування. І лише в 1872 р Н.Кляйненберг описав виникнення у гідр статевих органів (гонад) з клітин ектодерми.

Найчастіше гідри - різностатеві, тобто у них є чоловічі і жіночі особини, але зрідка зустрічаються і гермафродити. Пол особини зумовлений і зберігається і у молодих полипчиков, відгалужується вегетативним шляхом.

На одній жіночої особини гідри може розвинутися до 10 яєчників (але частіше 2-3). У кожному яєчнику закладаються первинні яйця (оогонии) і безліч клітин, що містять поживні речовини. Первинні яйця мають псевдоподии, якими вони захоплюють (а потім і переварюють) спочатку ці поживні клітини, а потім і один одного.

У підсумку «найсильніший» оогоній захоплює всі інші, і в кінці кінців в кожному з яєчників розвивається тільки одне яйце. Після двох поділів дозрівання воно розриває ектодерму і випадає назовні, правда, залишаючись при цьому прикріпленим до материнського організму тонкої протоплазматической ніжкою. В такому стані яйце готове до запліднення, якого воно може очікувати від 10 до 30 годин.

У численних сім'яниках чоловічих особин гідр після цілого ряду поділів розвиваються дуже дрібні сперматозоїди. Дозрівши, вони виходять в воду і оточують готові до запліднення яйця на жіночих особин.

Запліднене яйце відразу ж починає дробитися - до стадії перетворення в гаструлу. Потім зародок покривається оболонкою, часто прикрашеної виростами і шипиками, і в такому вигляді падає на дно, де переживає зиму. Коли вода у водоймі починає прогріватися під променями весняного сонця, молодий розвинувся полипчики прориває стінку свого «шипастими» будиночка і виходить назовні.

Але повернемося до мемуарів Трамбле. Останній з них (четвертий), був найбільш вражаючим і називався «Операції, вироблені на поліпах, і їх результати». У цій частині роботи Трамбле описував всі свої «знущання» над гідрою, починаючи з поперечного розтину на дві половинки до поперечного та поздовжнього розсічення на безліч шматочків, кожен з яких потім відновлювався в новий поліп. Дуже екзотичні і його тонко виконані досліди по вивертання гідри навиворіт, вкладанню одного поліпа в інший, зрощення декількох поліпів одного виду в одну особину.

Схема математичної моделі взаємодії генів Гірера і Майнхардт

Як вже говорилося, досліди Трамбле ще в його час повторили безліч послідовників. Але ці досліди проводять і зараз. В даний час, з урахуванням накопичених знань про процеси регуляції в організмі, вони дозволяють багато чого довідатися про особливості вкрай цікавого і загадкового явища - регенерації.

Як відомо, гідра - радіально-симетричне тварина. Її тіло являє собою порожню трубку, що складається з двох шарів клітин з так званої головою (ротовим отвором, оточеним щупальцями) на одному кінці і підошвою на іншому. Єдина додаткова структура, яка з'являється уразмножающіхся безстатевим способом гідр, - це нирка.

А. Пересадка шматочка тканини голови однієї гідри поблизу від голови іншої викликає утворення нирки.

Б. Пересадка шматочка тканини голови однієї гідри в різні ділянки тіла іншої також викликає утворення нирки. Чим більше відстань від існуючої голови, тим відсоток освіти нирок вище

Розподіл клітин відбувається в туловищном відділі гідри, а потім нові клітини зміщуються або до голови, або до підошви, або до місця освіти нирки. При цьому підошва і голова є організують центрами - якщо нова клітина виявляється по сусідству з ними, вона ніколи не диференціює так, щоб поруч з уже наявною головою або підошвою почала розвиватися друга. Однак з відстанню цей ефект загасає, і в тому місці, де «заборона» на освіту голови знімається, закладається брунька.

Чому так відбувається? Справа в тому, що в клітинах вже наявної голови запущена робота генів-активаторів, продукти діяльності яких стимулюють запуск аналогічних генів в сусідніх клітках. Гени-активатори кодують високомолекулярні продукти, які скупчуються в місці синтезу: таким чином в голові підтримується інформація про те, що це - голова. У той же час продукти діяльності генів-активаторів стимулюють роботу генів-інгібіторів, які в свою чергу гальмують роботу генів-активаторів. Замкнуте коло? Ні. Продукти роботи генів-інгібіторів відрізняються низькою молекулярною масою, вони легко розповсюджуються (дифундують) з місця синтезу і виявляються в клітинах, розташованих поблизу від голови, але за її межами. Саме там вони не дають включатися генам-активаторам, а значить - закладатися нової голові. Мало того, якщо шматочок тканини розвилася голови однієї гідри пересадити в тіло іншої, то з пересадженого шматка в будь-якому випадку розвинеться голова (нирка) - навіть якщо він виявиться в безпосередній близькості від уже наявної власної голови особини-реципієнта. Тобто якщо «програма голови» запущена, то продукти діяльності генів-інгібіторів вже не можуть її зупинити.

Але в міру віддалення від голови концентрація інгібіторів падає, і коли вона стає нижче певного значення, то «дозволяється» нова голова, тобто закладається брунька. Аналогічним чином діють і активатори і інгібітори підошви. Правда, інгібітори підошви, ймовірно, сильніше, ніж голови, так як на нормальній гідрі ніяких додаткових нирок-ніг ніколи не утворюється.

Зараз відомо і кілька генів, що відповідають за «розуміння» клітинами тіла гідри того, в якому місці щодо осі «підошва-голова» вони знаходяться.Більшість цих генів кодують ферменти, що розщеплюють білки позаклітинного матриксу - нерозділеного на клітини смужки речовини, на якій з різних сторін розташовуються клітини ектодерми і ентодерми. Концентрація розщеплюють ферментів в матриксі гідри плавно змінюється від одного кінця тіла до іншого таким чином, що в кожній точці матрикс має свій, унікальний, склад. Він-то і дозволяє клітинам визначити своє становище. А якщо гідра, наприклад, втрачає голову, то в залізистих клітинах ентодерми в районі пошкодження зі спеціальних гранул вивільняються певні білкові молекули. Зв'язуючись з рецепторами на епітеліальних-м'язових клітинах, розташованих по сусідству, ці молекули включають в них «програму освіти голови».

Ось так поступово вчені проникають в секрети дивовижних здібностей гідри. Однак, у дослідників ще багато питань до цієї тварини, і один з них, здавалося б, проста: а скільки живе гідра? Одного разу це питання було задано учасникам одного з міжнародних конгресів поза офіційною програмою, на пікніку. І потрапив в «номінацію» найважчих. Приз за відповідь на нього отримав професор з Цюріха П'єр Тардент: «Гідра житиме до тих пір, поки лаборантка не розіб'ється пробірку, в якій вона живе!» Дійсно, деякі вчені вважають, що ця тварина може жити вічно ...

Список літератури

Трамбле А. Мемуари до історії одного роду прісноводних поліпів з руками у формі рогів / Пер. з франц. І.Канаева. - М.-Л .: Гос. вид-во біол. і мед. літератури, 1937.

Степаньянц С.Д., Кузнєцова В.Г., Анохін Б.А. Гідра. - М .: КМК, 2003.