Немногие животные могут сравниться со скромной гидрой в стойкости. Маленьких пресноводных животных с щупальцами можно буквально разорвать на куски и превратить в здоровых животных. Исследование, опубликованное 7 февраля в Cell Reports, предполагает, что части гидры обладают структурной памятью, которая помогает им формировать свой новый план тела в соответствии с образцом, унаследованным «скелетом» животного. Ранее ученые думали, что только химические сигналы сообщают гидре, где должны формироваться ее голова и/или ноги.
Регенерирующие гидры используют сеть жестких, волокнистых белковых волокон, называемых цитоскелетом, для выравнивания своих клеток. Когда из гидры вырезают или отрывают куски, структура цитоскелета сохраняется и становится частью нового животного. Паттерн генерирует небольшую, но мощную механическую силу, которая показывает клеткам, где выстроиться в линию. Эта механическая сила может служить формой «памяти», которая хранит информацию о расположении тел животных. «Вы должны думать об этом как о части процесса определения закономерности, а не просто как о результате», - говорит старший автор, биофизик Кинерет Керен из Техниона - Израильского технологического института.
Когда части гидры начинают процесс регенерации, остатки гидры сворачиваются в маленькие шарики, и цитоскелету приходится находить баланс между сохранением своей прежней формы и адаптацией к новым условиям. «Если вы возьмете полоску или квадратный фрагмент и превратите его в сферу, волокна должны для этого сильно измениться или растянуться», - объясняет Керен. Однако некоторые участки сохраняют свой рисунок. По мере того, как небольшой шарик ткани гидры вытягивается в трубку и вырастает окруженный щупальцами рот, новые части тела следуют шаблону, установленному цитоскелетом во фрагментах исходной гидры.
Основная структура цитоскелета взрослой гидры представляет собой множество выровненных волокон, охватывающих весь организм. Исследователи обнаружили, что вмешательства в цитоскелет достаточно, чтобы нарушить формирование новых гидр. Во многих отношениях цитоскелет подобен системе туго натянутых проводов, которые помогают гидре сохранять свою форму и функции. В одном эксперименте исследователи разрезали оригинальную гидру на кольца, которые складывались в шары, содержащие несколько доменов выровненных волокон. Эти кольцеобразные кусочки превратились в двуглавых гидр. Однако прикрепление колец гидры к жесткой проволоке привело к появлению здоровых одноголовых гидр, что позволяет предположить, что механическая обратная связь способствует упорядочению в развивающемся животном.
Гидры намного проще, чем большинство их кузенов в животном мире, но основная структура выровненных цитоскелетных волокон распространена во многих органах, включая человеческие мышцы, сердце и кишечник. Изучение регенерации гидры может привести к лучшему пониманию того, как механика интегрируется с биохимическими сигналами для формирования тканей и органов у других видов.«Актомиозиновый цитоскелет является основным генератором силы во всем царстве животных», - говорит Керен. «Это очень универсально».