Чому гідра безсмертна

Портал створений за підтримки Федерального агентства з друку та масових комунікацій.

Гідри не старіють

У сприятливих умовах гідри можуть жити роками, десятиліттями та століттями, не старіючи та не втрачаючи в плодючості.

З гідрамами ми зустрічаємося ще в школі: з одного боку, гідрою звали міфічне чудовисько, що фігурує в одному з подвигів Геракла, з іншого - те ж ім'я носять крихітні кишковопорожнинні, що живуть у прісноводних водоймах. Розмір їх тіла – всього 1-2 см, зовні вони виглядають, як трубки із щупальцями на одному кінці; але, незважаючи на невеликі розміри і сидячий спосіб життя, вони все-таки хижаки, які за допомогою щупалець і стрімких клітин, що знаходяться в них, знерухомлюють і хапають видобуток - істот ще дрібніших, ніж самі гідри.

При цьому вони мають одну особливість, яка згадується в будь-якому підручнику з біології. Ми говоримо про надзвичайно розвинену здатність до регенерації: гідра може відновити будь-яку частину свого тіла завдяки величезному запасу плюрипотентних стовбурових клітин. Такі клітини здатні нескінченно ділитися і давати початок всім типам тканин, усім різновидам інших клітин. Але коли стовбурова клітина в процесі диференціювання стає м'язовою, або нервовою, або ще якоюсь, ділитися вона перестає. І в людини такі «всемогутні» стовбурові клітини є лише на ранніх етапах ембріонального розвитку, а потім їхній запас швидко вичерпується; замість них з'являються інші, більш спеціалізовані стовбурові клітини, які можуть ділитися дуже багато разів, але належать вони вже якимось окремим тканинам.Гідрі ж пощастило більше, з нею «всемогутні» стволові клітини залишаються на все життя.

Але скільки триває життя гідри? Якщо вона здатна постійно оновлювати сама себе, чи випливає звідси, що вона безсмертна? Відомо, що навіть стовбурові клітини, які є у дорослих людей і тварин, поступово старіють і тим самим роблять свій внесок у загальне старіння організму. Чи може бути так, що гідро старіння незнайоме? Джеймс Воупал (James W. Vaupel) з Інституту демографічних досліджень Товариства Макса Планка та його колеги стверджують, що так воно і є. У статті у журналі PNAS автори роботи описують результати багаторічного експерименту з 2256 гідрамами «в головних ролях». Тварини росли в лабораторії та в майже ідеальних умовах: у кожного була своя ділянка, ніякої нестачі в їжі та регулярна, тричі на тиждень, заміна води в акваріумі.

Старіння найлегше помітити за зростанням смертності (тобто в молодій популяції вмирати будуть рідше, ніж у старій) і зниження плодючості. Проте за вісім років спостережень нічого такого не сталося. Рівень смертності був постійно постійним і становив приблизно один випадок на 167 особин на рік, незалежно від віку. (Серед мешканців лабораторії були 41-річні екземпляри, які, однак, являли собою клони, тобто біологічно вони були набагато старшими, але як окремо взятий індивід їх спостерігали лише останні кілька років.) Плодючість – у гідр, крім безстатевого самоклонування, є і статеве розмноження - теж залишалася постійною у 80%. У решти 20% вона то підвищувалася, то знижувалася, що, ймовірно, відбувалося через зміни в умовах проживання – адже навіть у лабораторії якісь фактори залишаються неврахованими.

Звичайно, в природних умовах, з хижаками, хворобами та іншими екологічними неприємностями гідрам навряд чи повною мірою вдається насолодитися вічною юністю і безсмертям. Проте власними силами вони, очевидно, справді не старіють і, як наслідок, не вмирають. Можливо, що на Землі є ще якісь організми з такою ж дивовижною властивістю, але якщо намагатися й надалі розгадувати біологічну загадку старіння – та її відсутності – гідра залишається все-таки найбільш зручним об'єктом дослідження.

Два роки тому той же Джеймс Воупал з колегами опублікував у Nature статтю, в якій йшлося про зв'язок старіння та тривалість життя. Виявилося, що у багатьох видів смертність ніяк не змінюється з віком, а в деяких ймовірність померти молодим виявляється навіть вищою. Гідра в тій роботі теж була присутня: згідно з розрахунками, навіть через 1 400 років 5% гідр в лабораторному акваріумі залишатимуться в живих (інші просто рівномірно помруть за такий більш ніж значний термін). Як бачимо, в цілому результати з цими кишковопорожнинними виявилися настільки цікавими, що зараз з ними зробили ще одну статтю.

Автор: Кирило Стасевич

Двоголові істоти, які могли стати прототипом для Гідри

Це було льодяче кров видовище. Змієподібне чудовисько, багатоголова Лернейська гідра, вибралася зі свого лігва і обрушила всю свою лють на Геракла, що чекав її, сина грецького бога Зевса.

Але Геракл мав план. Він уже знав, що на місці відрубаної голови у Гідри відростають нові, тож покликав на допомогу свого племінника Йолая.

Щойно Геракл відрубав Гідрі голову, Іолай припікав рану смолоскипом, і нові голови цього диявольського створіння вже не з'являлися.

Гідра шипіла і звивалася, її отруйна кров і дихання загрожували смертю видатному герою Греції, але він все ж таки переміг.

Остання голова чудовиська впала на землю, і Геракл вийшов із цієї битви переможцем. Тепер він міг братися до третього з дванадцяти своїх подвигів.

Багатоголова істота з отруйним диханням і частинами тіла, що відростають, - напевно плід багатої фантазії.

Деякі автори стверджують, що Гідра мала п'ятдесят голів, тоді як в інших оповіданнях їх набагато менше.

Але звідки з'явилася така незвичайна ідея? Чи можливо, що прототипом Гідри послужила багатоголова змія-велетень, яка справді існувала в природі?

Автор фото, Luis Garcia

Вчені реєструють випадки появи на світ двоголових особин вже багато років. У 1940-х роках дослідник Л. е. Кейбл описав двоголовий ембріон риби-голки. Він назвав його "маленьким монстром".

У лабораторії спеціаліста з біології розвитку Архата Абжанова з Імперського коледжу Лондона побувало чимало двоголових істот.

Завдяки сучасним знанням у галузі генетики йому вдалося виявити мутації та клітинні аномалії, які могли стати причиною цього явища.

Цілком можливо, що джерелом натхнення для творців стародавніх міфів послужили такі природні феномени.

"Я абсолютно впевнений, що вони спостерігали істот із подібними аномаліями розвитку у природі і намагалися якимось чином пояснити цей феномен або відобразити його у своїй культурі", - каже Абжанов.

Іноді дво- і навіть триголові особини з'являються світ як у дикої природі, і у неволі. Цікавим є той факт, що це явище, відоме як поліцефалія, зустрічається у різних видів тварин.

Візьмемо, наприклад, підводний світ.У 2013 році в Мексиканській затоці було виявлено двоголовий ембріон бичачої акули.

Наступного року така сама особина зустрілася і серед морських ссавців: на одному з турецьких пляжів було знайдено дельфін із двома головами.

Очевидно, в обох випадках це були сіамські близнюки, що розвинулися з однієї яйцеклітини, яка після запліднення не повністю розділилася.

Ця аномалія трапляється і в людей. Найчастіше сіамські близнюки мають не лише дві голови, а й подвійний набір внутрішніх органів і навіть кінцівок.

Автор фото, Patrick Rice

Завдяки своїм знаменитим експериментам початку XX століття біолог Ханс Шпеманн зміг довести, що можна штучно запобігти поділу запліднених яйцеклітин і отримати сіамських близнюків.

Йому хотілося зрозуміти, як розвивається ембріон. Він поєднав два ембріони саламандри на ранній стадії розвитку за допомогою волосків немовляти.

Він виявив, що за допомогою цих маніпуляцій можна отримати саламандру з двома головами, які боролися між собою за їжу, незважаючи на те, що тіло було лише одне. Вчений називав цю істоту "двома егоїстами в одному тілі".

Список тварин, серед яких зустрічаються двоголові особини, є досить великим. До нього входять черепахи, змії, кошенята та інші.

Нам також відомо, що такі випадки характерні не тільки для сучасності. Палеонтологи знаходили скам'янілі двоголові ембріони, вік яких налічував мільйони років.

Як зазначає Абжанов, причиною появи численних голів чи осіб можуть бути різні механізми.

Він пояснює, що голова як орган є прикладом конвергентної еволюції - процесу, при якому в особин абсолютно різних видових груп розвиваються схожі риси.

Голову мають тварини з хребтом і без нього, хоча спорідненість між ними відсутня.

"Голова дійсно є дуже ефективним органом, - пояснює Абжанов. - Вона просто необхідна для вивчення нової обстановки".

Саме тому на голові розташовано так багато органів чуття, у тому числі очі, вуха, ніс та рот.

Форма голови та будова особи визначаються генами, один з яких має особливе значення і, зокрема, відповідає за ширину обличчя.

Він має цікаву назву - Sonic Hedgehog, або SHH (на честь їжачка Соніка, героя популярної відеоігри Sonic the Hedgehog).

Воно пов'язане з сімейством генів Hedgehog (HH), вперше знайдених у мухи-дрозофіли.

Автор фото, Getty Images

Ген SHH мають лише хребетні тварини. Абжанов пояснює, що у разі ослаблення сигнального шляху Hedgehog у процесі розвитку ембріона його голова поступово звужується.

У деяких випадках вона може деформуватися настільки, що на світ з'явиться істота з одним оком, схожа на циклопа.

Воно міститься у палиці, який випадково може з'їсти вагітна самка.

Що ж станеться, якщо сигнал SHH, навпаки, посилиться?

"Ця мутація трапляється рідко, але такі випадки фіксувалися як серед диких, так і серед свійських тварин", - каже Абжанов.

З технічної точки зору, особина з двома особами та двома головами – це дві різні речі.

"Формування голови, як і будь-якої іншої частини тіла, запускається спеціальною групою клітин на самому початку розвитку ембріона. Ми називаємо її організаційним центром", - пояснює він.

Цей механізм був відкритий завдяки експериментам Шпеманна з ембріонами саламандр.

"Якщо взяти групу клітин та пересадити їх, наприклад, ембріону жаби, у неї з'являться дві голови. Це говорить про те, що саме ці клітини подають організму сигнал про необхідність формування голови", - каже Абжанов.

Автор фото, Getty Images

Те саме відбувається і у випадку з сіамськими близнюками, але Абжанов спостерігав схожі процеси і у своїй лабораторії.

Клітини організаційного центру можуть випадково потрапити з одного ембріона до іншого внаслідок ін'єкції або надрізу, якщо хірургічні інструменти не були належним чином оброблені.

Вчені намагаються зрозуміти, що призводить до подібних порушень процесу розвитку ембріона. Абжанов зазначає, що одним із факторів може бути температура навколишнього середовища.

Разом зі своїми колегами він часто вивчає в лабораторії запліднені курячі яйця, які йому доставляють із ферм.

"У яйцях, які ми отримуємо в періоди спекотної погоди, коли температура повітря перевищує 30 °C, виявляється більше аномалій, у тому числі частіше зустрічаються двоголові ембріони", - каже він.

Цю тенденцію відзначають та інші вчені. Наприклад, один біолог виявив, що підвищення температури у водоймищах може призвести до появи двоголових ембріонів риб. даніо-реріо.

Причини цього явища поки що не вивчені, проте нині вчені проводять дослідження, покликані прояснити взаємозв'язок високої температури та появи аномалій.

Автор фото, Hulton Archive

Цілком ймовірно, що біологія послужила джерелом натхнення для авторів міфів, але вірно й протилежне: міфи також є джерелом натхнення для біологів.

1758 року шведський ботанік і зоолог Карл Лінней назвав на честь Гідри групу крихітних морських створінь, чимось схожих на неї.

Ці істоти становлять особливий інтерес через наявність у них кількох змієподібних відростків і здатність до регенерації - як у Гідри, убитої Гераклом.

Проте слід зазначити, що багато двоголових особин, у тому числі сіамські близнюки, мають дуже мало шансів вижити. Вони рідко долають ембріональну стадію розвитку та майже ніколи не доживають до дорослого віку.

У міру зростання і розвитку особини з двома головами зазнають величезного навантаження, і вчені ще раз переконалися в цьому в 2014 році, коли в лабораторії Хайфського університету в Ізраїлі з'явився рідкісний екземпляр - двоголова саламандра. Шпеманна це напевно привело б у захват.

Вона привернула багато уваги з боку ЗМІ, але прожила дуже недовго.

"Двоголові саламандри зустрічаються нечасто, - пояснює Леон Блауштайн, який завідував лабораторією. - На стадії личинки все було добре, але після метаморфозу особина загинула".

Личинка саламандри - це пуголовок, який перетворюється на дорослу особину в результаті метаморфозу, втрачаючи при цьому зябра та кілька плавців.

Його голова також зазнає суттєвих змін. Розвиваються очі, з'являється язик і зуби, а рот стає ширшим. Можливо, саме ці кардинальні зміни і призвели до її ранньої смерті – відповіді ніхто не знає.

Автор фото, Ori Segev

Абжанов припускає, що крім спостереження за реальними двоголовими тваринами в природі греків могли надихнути й інші явища. Він пояснює, що в період спарювання змії часто збираються до клубків.

"Побачивши подібне видовище, можна припустити, що перед вами одна змія з кількома головами, - каже він. - Виглядає дуже страшно".

І дійсно, образ Гідри, представлений на стародавніх малюнках, дуже схожий на картину, описану вище.

Поліцефалія – це дуже незвичайне явище, здатне викликати у людей страх – така особливість нашої психіки. Це частково пояснює те, чому саме аномалія розвитку була обрана для того, щоб надати Гідрі з давньогрецьких міфів страшного вигляду.

Зіткнувшись з поліцефалією, люди справді відчувають дискомфорт - про це свідчать історії з двоголовою саламандрою Блауштайна та "крихітним монстром" Кейбла.

У першому випадку люди почали будувати теорії змови.

"Все почало виходити з-під контролю, коли різні групи почали заявляти в інтернеті, що річ у радіації, - згадує Блауштайн. - Але причина так і залишилася невідомою".

Автор фото, Wolfgang Saube

Гідра - далеко не єдина в міфології істота з кількома головами. Здійснюючи свій дванадцятий подвиг, Геракл зіштовхнувся із триголовим псом Цербером.

У японській міфології є восьмиголовий дракон Ямата-но ороти, а в слов'янській - триголовий Змій Горинич.

Образ багатоголового створення у літературних творах завжди символізує безліч небезпек, які не можна легко подолати.

Таким чином, можна припустити, що існує ціла культура, пов'язана з жахливим ефектом, який справляють на людей істоти з кількома головами.

У феномені поліцефалії у тварин залишається багато неясного. Проте, з огляду на те, що особини з двома головами мають дуже мало шансів на виживання як у неволі, так і в дикій природі, немає причин припускати, що ця особливість не залишиться рідкісною аномалією.

Можна лише гадати, звідки автори класичних міфів черпали свої ідеї. Можливо, що за давніх часів хтось побачив тварину з двома головами і почав розповідати про неї надмірно прикрашені історії.

Згодом ці історії могли обростати дедалі неймовірнішими деталями і врешті-решт перетворитися на легенди, відомі нам зараз.

Прочитати оригінал цієї статті англійською можна на сайті BBC Earth.