Упражнението стимулира ли развитието? При морската анемона има значение как се движите

Оказва се, че морските анемони също имат полза от поддържането на активен начин на живот, особено когато се променят от яйцевидни свободно плуващи ларви в заседнали тръбести полипи. Тъканта се визуализира чрез оцветяване с актин. Кредит: Ikmi group/EMBL и ALMF/EMBL

Като хора знаем, че активният начин на живот ни дава известен контрол върху нашата форма. Когато стъпим на тротоара, следваме стъпките си и се отправим към фитнеса, можем да поддържаме развитието на мускулите и да намаляваме телесните мазнини. Нашата физическа активност помага за оформянето на физическата ни фигура. Но какво ще стане, ако правим подобна аеробика в предишните си форми? Възможно ли е нашите ембриони също да са се упражнявали?

Изследователи от групата Ikmi в EMBL обърнаха тези въпроси към морската анемона, за да разберат как поведението влияе на формата на тялото по време на ранното развитие. Оказва се, че морските анемони също имат полза от поддържането на активен начин на живот, особено когато се променят от яйцевидни свободно плуващи ларви в заседнали тръбести полипи. Тази морфологична трансформация е фундаментален преход в историята на живота на много видове книдарии, включително безсмъртните медузи и строителите на най-богатата и сложна екосистема на нашата планета, кораловите рифове.

По време на развитието ларвите на звездните морски анемонии (Nematostella) изпълняват специфичен модел гимнастически движения. Твърде много или твърде малко мускулна активност или драстична промяна в организацията на техните мускули могат да накарат морската анемона да се отклони от нормалната си форма.

В нова статия, публикувана в Актуална биология, групата Ikmi изследва въздействието на този тип поведение върху развитието на животните. С опит в изображенията на живо, изчислителната методология, биофизиката и генетиката, мултидисциплинарният екип от учени трансформира 2D и 3D изображения на живо в количествени характеристики за проследяване на промените в тялото. Те откриха, че развиващите се морски анемонии се държат като хидравлични помпи, регулирайки телесното налягане чрез мускулна активност и използвайки хидравлика за извайване на тъкан от ларви.

“Хората използват скелет, съставен от мускули и кости за упражнения. За разлика от тях, морските анемонии използват хидроскелет, съставен от мускули и кухина, пълна с вода”, каза Айсам Икми, ръководител на групата EMBL. Същите хидравлични мускули, които помагат на развиващите се морски анемони да се движат, също изглежда оказват влияние върху тяхното развитие. Използвайки тръбопровод за анализ на изображения за измерване на дължината, диаметъра, приблизителния обем и подвижността на гръбнака на тялото в големи набори от данни, учените откриха, че ларвите на Nematostella естествено се разделят на две групи: бавно и бързо развиващи се ларви. За изненада на екипа, колкото по-активни са ларвите, толкова по-дълго се развиват. „Нашата работа показва как развиващите се морски анемони по същество „тренират“, за да изградят своята морфология, но изглежда, че те не могат да използват своя хидроскелет, за да се движат и растат едновременно“, каза Икми.






За да погледнат едновременно по-дълбоко и по-бързо, изследователите са работили с микроскописти в EMBL, които са създали персонализиран 3D микроскоп, способен да улови живи, бързо развиващи се ларви на морска анемона. Кредит: Ikmi group/EMBL, © Европейска лаборатория по молекулярна биология (EMBL)

Направете микроскопи и изградете балони

„Постигането на това изследване постави много предизвикателства“, казва първият автор и бивш пред-докторант на EMBL Anniek Stokkermans, сега пост-докторант в Hubrecht Institute в Холандия. „Това животно е много активно. Повечето микроскопи не могат да записват достатъчно бързо, за да проследят движенията на животното, което води до размазани изображения, особено когато искате да го гледате в 3D. Освен това животното е доста плътно, така че повечето микроскопи дори не могат виж наполовина през животното.”

За да погледне едновременно по-дълбоко и по-бързо, Линг Уанг, инженер по приложенията в групата Prevedel в EMBL, създаде микроскоп за улавяне на живи и развиващи се ларви на морска анемона в 3D по време на естественото им поведение.

“За този проект Ling специално адаптира една от нашите основни технологии, оптична кохерентна микроскопия или OCM. Основното предимство на OCM е, че позволява на животните да се движат свободно под микроскопа, като същевременно осигурява ясен и детайлен поглед отвътре и в 3D”, каза Робърт Преведел, ръководител на група в EMBL. „Това беше вълнуващ проект, който показва многото различни интерфейси между групи и дисциплини в EMBL.“

Използвайки този специализиран инструмент, изследователите успяха да определят количествено обемните промени в тъканите и телесната кухина. „За да увеличат размера си, морските анемони се надуват като балон, като абсорбират вода от околната среда“, обясни Стокерманс. „След това чрез свиване на различни видове мускули те могат да регулират формата си в краткосрочен план, подобно на стискане на надут балон от едната страна и гледане как се разширява от другата страна. Вярваме, че това локално разширяване, предизвикано от натиск, помага за разтягане тъканите, така че животното бавно да легне. По този начин контракциите могат да имат както краткосрочни, така и дългосрочни ефекти.

Балони и морски анемонии

За да разберат по-добре хидравликата и нейната функция, изследователите си сътрудничиха с експерти от всички дисциплини. Прачити Моге, специалист по EMBL в групата Hiiragi, измерва промените в налягането, водещи до деформации на тялото. Освен това математикът Л. Махадеван и инженерът Адити Чакрабарти от Харвардския университет представиха математически модел за количествено определяне на ролята на хидравличното налягане при задвижването на промените във формата на ниво система. Те също проектират балони, подсилени с ленти и панделки, които имитират набора от форми и размери, наблюдавани при нормални животни и животни с мускулен дефект.

„Като се има предвид повсеместното разпространение на хидростатичните скелети в животинското царство, особено при морските безгръбначни, нашето проучване предполага, че активната мускулна хидравлика играе важна роля в принципа на дизайна на животните с меко тяло“, каза Икми. „В много инженерни системи хидравликата се определя от способността да се използва натиск и поток при механична работа, с дългосрочни ефекти в пространство-времето. Тъй като многоклетъчността на животните се е развила във водна среда, ние предполагаме, че ранните животни вероятно са използвали същото физика, с хидравлика, ръководеща както решенията за развитие, така и поведенческите.”

Тъй като групата Ikmi вече е изследвала връзките между диетата и развитието на пипалата, това изследване добавя нов слой към разбирането на развитието на формата на тялото.

“Все още имаме много въпроси относно тези нови открития. Защо има различни нива на активност? Как точно клетките усещат и превръщат натиска в резултат от развитието?” — попита Стокерманс, докато размишляваше накъде води това изследване. “Освен това, тъй като подобните на тръби структури формират основата на много от нашите органи, изучаването на механизмите, които се прилагат към Nematostella, също ще помогне да се разбере по-добре как хидравликата играе роля в развитието и функционирането на органите.”


Яжте повече, за да пораснете повече ръце… ако сте морска анемона


Повече информация:
Айсам Икми, Мускулната хидравлика задвижва морфогенезата на ларва-полип, Актуална биология (2022). DOI: 10.1016/j.cub.2022.08.065. www.cell.com/current-biology/f … 0960-9822(22)01387-2

Предоставено от Европейската лаборатория по молекулярна биология

цитат: Упражнението стимулира ли развитието? В Sea Anemone, How You Move Matters (2022, 16 септември) Изтеглено на 16 септември 2022 г. от https://phys.org/news/2022-09-sea-anemone.html

Този документ е обект на авторско право. Освен за честна употреба за целите на частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писмено разрешение. Съдържанието е предоставено само за информация.

Add Comment