كيف تعرف الهيدرا مكان إعادة نمو أجزاء الجسم المفقودة؟

باحثون في كلية الفيزياء في التخنيون يقدمون تفسيرًا جديدًا لقدرة الهيدرا النادرة على التجدد

الهيدرا حيوان مفترس صغير - يبلغ طوله حوالي 10 ملليمترات - يعيش في المياه العذبة ويصطاد فريسته بأذرع تحيط بفمه. منذ القرن الثامن عشر، أذهلت الهيدرا العديد من العلماء حول العالم بسبب مهاراتها النادرة في التجدد - قدرتها على التجدد إلى مخلوق كامل من قطع صغيرة من الأنسجة أو مجموعات من الخلايا. ولهذا السبب، سُميت على اسم الهيدرا الأسطورية - وحش متعدد الرؤوس ينمو له رأس جديد في كل مرة يتم قطع أحد رؤوسه.

قدرة الهيدرا على تجديد نفسها من خلال قطعة من الأنسجة المقطوعة من جسمها، تم تفسيرها، حتى الآن، من خلال إشارات كيميائية تعطي الأنسجة أدلة كافية حول المكان الذي يجب أن ينمو فيه الرأس والذراعين والساقين. ومع ذلك، فإن تفسيرًا جديدًا، نُشر هذا الأسبوع في مجلة Cell Reports، يربط قدرة الهيدرا على التجدد بـ "الذاكرة الميكانيكية الهيكلية" الموجودة في خلايا جسمها. تم إجراء البحث في كلية الفيزياء في التخنيون من قبل البروفيسور كينيريت كيرين، البروفيسور إيرز براون وطلاب البحث أنطون ليبشيتز، ليتال شاني زيربيف ويونيت ميرودس زاكس.

يوضح البروفيسور كيرين، عالم الفيزياء الحيوية الذي انضم إلى كلية التخنيون في عام 2008، أن "الاكتشاف المركزي في الدراسة الحالية هو تلك الذاكرة الميكانيكية الهيكلية، التي يؤكد اكتشافها على أهمية العمليات الميكانيكية في عملية التجديد. هذه الذاكرة، التي تساعد الهيدرا على التجدد وتصبح مخلوقًا كاملاً وفعالًا مرة أخرى، هي في الواقع نمط من القوة الميكانيكية الموجودة في ألياف البروتين الرقيقة التي تشكل الهيكل الخلوي. عندما يتم قطع قطعة من الأنسجة من جسم الهيدرا، فإن هذا الهيكل العظمي من ألياف البروتين يبقى على قيد الحياة ويوجه الخلايا إلى كيفية ترتيب نفسها لإنتاج مورفولوجية الهيدرا البالغة.

يتم أولاً طي قطعة من الأنسجة المقطوعة من جسم الهيدرا على شكل كرة صغيرة. تشوه هذه العملية الألياف البروتينية وتجبرها على إيجاد توازن بين الحفاظ على الهيكل العظمي للبنية القديمة والتكيف مع الشكل المطوي الذي تم إنشاؤه. تتطور أجزاء الجسم الجديدة بناءً على القالب المخزن في الهيكل العظمي: يتطور النسيج الكروي إلى أسطوانة وينمو فيه فم محاط بأذرع، وفي النهاية يتم الحصول على هيدرا كاملة بجميع أجزاء الجسم المفقودة.

اكتشف باحثو التخنيون أن التعطيل المتعمد للبنية الهيكلية يكفي لتعطيل مورفولوجية الهيدرا المتجددة. في إحدى التجارب، تم قطع أنسجة الهيدرا البالغة إلى حلقات. بعد طي الحلقات على شكل كرة، احتوى النسيج على عدة مناطق من الألياف مرتبة في اتجاهات مختلفة بسبب القيود الهندسية للطي. النتيجة : تطوير هيدرا تو برايم. ومع ذلك، عندما قام الباحثون بتثبيت حلقات الأنسجة هذه على أسلاك معدنية رفيعة وصلبة، تطورت هيدرا طبيعية، أولاً. استنتاج الباحثين هو أن ردود الفعل الميكانيكية الموجودة في الأنسجة تشجع على تكوين النظام في الحيوان النامي.

يقول البروفيسور كيرين: "إن الهيدرا مخلوقات أبسط من معظم أقاربها في المملكة الحيوانية، لكن النمط الأساسي للألياف الهيكلية المرتبة شائع أيضًا في العديد من أعضاء الجسم البشري - العضلات والقلب والأمعاء - وفي بعض أعضاء الجسم". الأنسجة مثل الجلد والشعر التي تخضع لعمليات التجديد. تعمل آليات مماثلة في عملية تطور العديد من الكائنات من المرحلة الجنينية إلى الحيوان البالغ. ولذلك، فإن الفهم المتعمق لعمليات التجديد في الهيدرا قد يسلط الضوء على الآليات الميكانيكية المشاركة، إلى جانب الإشارات البيوكيميائية، في عمليات التطور البيولوجي.

للدراسة كاملة في المجلة تقارير الخلية

شاهد: الهيدرا ذات الرأسين تنمو بجانب الهيدرا ذات الرأس الواحد. يساعد الخيط الذي يمر عبر الهيدرا ذات الرأس الواحد على استقرار النمو على طول محور واحد

فيديو آخر: تجديد هيدرا، من مرحلة الكرة إلى التطور الكامل