Текст книги "Микросупергерои. Самые-самые самовосстанавливающиеся!!!"

Ольга Посух
Микросупергерои. Самые-самые самовосстанавливающиеся!!!

© Ольга Посух, текст, иллюстрации, 2019

© Издание на русском языке. ООО «Издательский дом «Самокат», 2019

Ныряем!

Я Оля Посух – учёный-биолог и художник. Я просто обожаю рассказывать и рисовать про то, как удивительно устроена живая природа.

Вы меня, наверное, помните по предыдущей книге о самых живучих существах на Земле – тихоходках.

В нашей природе можно встретить и других микросупергероев! Одни – самые сильные, другие – самые быстрые, а третьи – вообще невидимки.

В этой книге я расскажу вам про целую команду существ, которые умеют делать невероятное – самовосстанавливаться!

Наша супертроица обитает и творит чудеса под водой. Давайте же скорее с ними знакомиться! Ныряем!

Попробуй-ка самовосстановись!

Регенерация!

ОТ ЛАТИНСКОГО RE-CENERARE – «ПОРОЖДАТЬ ЗАНОВО»

Регенерация – способность восстанавливать разные части своего тела при повреждениях.

Регенерация помогает животным защититься от опасных условий окружающей среды: укусов хищников, ожогов, обморожений, инфекций, порезов и разных других травм.

На самом деле способностью к регенерации в той или иной степени обладают все живые организмы, и даже мы с вами!

У людей, например, заживают ранки, растут ногти и волосы, срастаются кости после переломов, обновляются клетки кожи взамен старых, которые отваливаются, когда перестают работать.

Однако если отвалится рука, то мы, люди, вырастить её заново не сможем. Даже самый маленький мизинчик!

Собаки линяют, птицы меняют старые перья на новые. Олени, например, каждый сезон сбрасывают рога, а потом выращивают себе новые.

А калифорнийская тройнозубая акула меняет полностью все свои зубы на новые примерно каждые две недели. За всю жизнь у неё вырастает около 30 тысяч зубов!

Даже одноклеточные амёбы могут восстанавливать некоторые свои крошечные внутриклеточные структуры.

Но есть такие живые существа, которые могут вырастить себе не только новые руки-ноги-хвосты, но и глаза, челюсти, вообще новую голову целиком! Могут рассыпаться на сотни частей и собраться в целый организм заново или вырастить из каждого кусочка новые организмы.

И это, конечно, высший пилотаж регенерации!

Считается, что самым первым человеком, описавшим регенерацию, был древнегреческий учёный Аристотель, живший в IV веке до нашей эры. И наблюдал он как раз отрастающие хвосты ящериц.

Некоторые из них действительно могут сбросить кончик хвоста при опасности, чтобы отвлечь нападающего на них хищника. Это называется аутотомия. И иногда хвостик может вырасти снова.

Такой трюк с аутотомией может проделать и морская звезда, отбросив один из своих лучей. А её родственники голотурии, или морские огурцы, для отвлечения хищника могут выбросить наружу свои кишки, чтобы потом, уже в безопасности, отрастить их заново.

Но наши микросупергерои всё равно гораздо круче! А теперь по порядку…

Собака, чудище или атцекский бог?

Собака, чудище или атцекский бог?

Аксолотль

В переводе с ацтекского языка – «водяная собака» или «водяное чудище». По одной из версий, аксолотль был назван так в честь ацтекского бога грозы Шолотля, «тёмного» брата-близнеца главного бога ацтеков – Кетцалькоатля.

А ещё аксолотля называют мексиканской ходячей рыбой, хотя он никакая не рыба, а амфибия! А если точнее, то это личинка саламандры[1]1
  Саламандра – родственник лягушки, только хвостатый.


[Закрыть], которая наотрез отказывается взрослеть.

Эти микросупергерои, пожалуй, не такие уж и микро – обычно аксолотли размером примерно с банан, а некоторые могут вырастать и до 30 сантиметров.

Кожа у них гладкая, по бокам тела – вертикальные складочки. Они увеличивают общую поверхность кожи, ведь кроме жабр аксолотли могут дышать ещё и через кожу.

У аксолотлей четыре лапки. На передних лапках по четыре пальца, на задних – по пять. А ещё есть длинный плоский хвост с плавательной перепонкой.

Так как лёгкие у этих животных недоразвиты, дышат они, в основном, фильтруя кислород из воды сквозь свои кустистые жабры, расположенные по бокам широкой плоской головы. Жабр у аксолотля три пары.

В дикой природе этого супергероя можно встретить только в пресных водах двух мексиканских озёр – Сочимилько и Чалько. Вода в них довольно прохладная, температура не превышает 20° С. Сейчас дикие аксолотли находятся под угрозой вымирания из-за того, что территорию их родных озёр уже практически поглотил стремительно разрастающийся столичный город Мехико.

К счастью, аксолотли не исчезнут совсем! С тех пор как учёные обнаружили у аксолотлей поразительную способность к регенерации, эти супергерои стали постоянными жителями научных лабораторий.

А ещё они такие милые, что стали популярными домашними питомцами и обитателями зоопарков. И их можно купить в зоомагазинах по всему миру.

Аксолотли – несомненные хищники! Они питаются червями, моллюсками, водными беспозвоночными, насекомыми и мелкой рыбой.

Случается, что они нападают и на других амфибий.

На аксолотлей в дикой природе охотятся птицы, в основном аисты и цапли, а также крупные хищные рыбы – тилапии и карпы.

Чтобы подстерегать свою добычу и не стать добычей самому, хитрый аксолотль прячется на дне среди водорослей и камней.

Дикие аксолотли тёмно-коричневые, иногда покрыты пятнышками.

Пятнышки бывают чёрные, жёлтые или оранжевые.

А те, что содержатся в домашних условиях, бывают чёрные, серые, нежно-розовые, жёлтые, золотистые и даже белые.

Жабры тоже могут быть разных цветов – розовые, красные, золотистые, чёрные.

Глаза у аксолотлей либо чёрные, либо красные, либо почти прозрачные.

Учёные даже вывели генетически модифицированного аксолотля, который в темноте светится зелёным, если на него посветить специальной лампой.

Аксолотли были знакомы ацтекам ещё семь веков назад. Те употребляли их в пищу – это считалось высшим деликатесом – и даже готовили из них лекарства.

В 1864 году аксолотлей привезли из Мексики в Париж в Музей естественной истории к французскому зоологу Огюсту-Анри Дюмерилю. Он изучал, как аксолотли размножаются.

К концу XIX века эти супергерои появились во многих научных лабораториях мира. Даже в России они были очень распространены, их у нас называли «аксолоты».

Сначала изучали, как развиваются эмбрионы аксолотлей. Их икринки довольно крупные, 3 миллиметра, и за ними очень удобно было наблюдать.

А потом уже учёные заметили, что аксолотли запросто отращивают себе новые лапки и хвосты, и всерьёз взялись изучать эту суперспособность.

Отрастить новую лапку – запросто!

Отрастить новую лапку – запросто!

Как работает регенерация

Чтобы у аксолотля заново отросла лапка, должно произойти несколько важных событий.

Сразу после травмы (1) клетки крови образуют сгусток, и кровотечение в месте пореза моментально останавливается (2). Потом там очень быстро образуется слой клеток кожи, который называется раневой эпидермис, и ранка затягивается (3). В течение следующих нескольких дней клетки раневого эпидермиса растут и быстро делятся. Вскоре после этого под эпидермисом образуется особенная структура в форме конуса, которая называется бластема (4). Клетки бластемы тоже растут и делятся, постепенно превращаясь в необходимые для новой лапки – клетки хряща, мышц, кожи, костей, кровеносных сосудов и нервов (5). В конце концов новая лапка получается ничем не хуже старой (6).

Когда клетки бластемы начинают делиться, они ведут себя так же, как клетки, из которых росла лапка аксолотля, пока он был крошечной личинкой, только что вылупившейся из икринки.

Удивительно, что эти клетки «знают», где они находятся внутри лапки – в плече, в локте, в запястье или в пальце. И восстанавливается ровно столько, сколько необходимо. Почти как почтовый индекс, это «знание» записано в ядре этих клеток, в определённых местах хромосом.

Учёные выяснили, что для успешной регенерации аксолотлям обязательно нужны специальные клетки – макрофаги. Макрофаги «подъедают» всё ненужное в организме, например остатки разрушенных клеток. Если лишить аксолотля макрофагов, он не сможет полностью восстановиться и на месте повреждения у него образуется обычный шрамик, как у нас, людей, если поранимся.

Также для правильной регенерации аксолотлям нужно правильное количество ретиноевой кислоты – это активная форма витамина А. Если в бластему на запястье добавить её слишком много, то бластема будет вести себя так, будто она находится на плече, и лапка вырастет очень длинной, как макаронина.

Так аксолотли могут запросто отрастить себе не только лапку, но и хвост, челюсти, глаза, жабры и практически любые внутренние органы!

! Отращивать лапки аксолотли могут не больше пяти раз.

Кажется, что лучше аксолотлей самовосстанавливаться не умеет никто, но это не совсем так.

Голова + хвост = супергерой

Наш второй микросупергерой устроен намного проще, чем аксолотль, но его способность к регенерации ничуть не хуже, а в чём-то и круче!

Чтобы его увидеть, нужно всего лишь перевернуть этот листик!

Этот небольшой плоский червячок живёт в разных водоёмах по всему миру – пресных и солёных, в озёрах и морях, реках, болотцах и лужицах. Некоторые даже могут жить на суше, но в очень влажных местах, например под корягами.

Размеры планарий – от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Некоторые из них могут вырастать гигантскими – до 45 см!

Планарий существует несколько сотен видов. И кажется, они бывают всех цветов радуги! Чёрные, коричневые, серые, белые, розовые, красные, жёлтые, зелёные, голубые, фиолетовые… Часто встречаются пятнистые.

У планарии нет лапок – только голова и хвост.

А что ещё нужно, если ты крутой супергерой?

Поверхность тела планарии покрыта крошечными ресничками. Реснички непрерывно шевелятся, благодаря чему планария может плавно передвигаться по дну водоёма.

Щупики по бокам от головы – это органы осязания. Ими, а также всей поверхностью тела планария ощупывает всё вокруг себя, чтобы ориентироваться в пространстве.

Планарии не любят свет и предпочитают находиться в темноте. И хоть зрение у них слабое, свет и тьму они различают хорошо.

Специальных органов дыхания у планарии нет. Они дышат всей поверхностью тела – через кожу.

Для этого есть совершенно выдающаяся глотка! Она похожа на выдвигающуюся трубочку и расположена на нижней стороне тела прямо посередине. Через глотку внутрь попадает пища, и через неё же удаляется всё, что не переварилось.

С виду и не скажешь, но планарии очень активные хищники. Они охотятся на мелких рачков, червей, улиток, мальков рыб, личинок насекомых, очень любят икру.

Для охоты у планарии есть специальное «оружие». Она «стреляет» в добычу маленькими палочками – рабдитами, расположенными на поверхности тела. Рабдиты в воде превращаются в слизистые нити и парализуют добычу.

Учуяв добычу по запаху, планария наползает на неё сверху и стремительно всасывает своей удивительной глоткой.

К несчастью для хищников, нападающих на планарию, всё её тело покрыто очень горькой защитной слизью. У кого угодно напрочь пропадёт желание охотиться на такого ужасно невкусного червяка.

К нашему счастью, планарии совершенно не опасны для человека.

Первое упоминание о планариях появилось почти 12 столетий назад в одном китайском трактате. Его автор Дуань Чэн-Ши описал плоских животных, распадающихся на кусочки от прикосновений. Он назвал это загадочное животное Ду-Ку.

Изучать регенерацию планарий начали только в конце XVIII века. В 1766 году немецкий биолог Пётр Симон Паллас описал, как из маленького кусочка, отрезанного от планарии, полностью восстанавливается новый организм.

С тех пор до настоящего момента учёные с интересом изучают эту удивительную суперсилу планарий и даже называют этих микросупергероев «бессмертными под остриём ножа».

1 = 1 + 1

Способности планарий к регенерации просто поразительны!

Представьте только, если планарию разрезать пополам вдоль или поперёк, то каждая половинка всего за несколько дней способна восстановить недостающую часть. И вот перед вами уже два червячка!

Если надрезать голову посередине, то планария может отрастить себе две головы, достроив каждую половинку до целой, и спокойно продолжит жить дальше.

Почти 120 лет назад американский биолог Томас Морган[2]2
  Это как раз он придумал сделать плодовую мушку дрозофилу главным модельным объектом науки генетики.


[Закрыть] решил узнать, насколько маленьким может быть кусочек планарии, способный восстановиться до целого организма. В своих экспериментах он разделил планарию на множество фрагментов. Со временем у каждого кусочка появились голова с глазами и хвост.

Оказалось, что суперспособностью к регенерации обладает практически всё тело планарии!

Если сосчитать всех планарий на следующей картинке, то можно узнать, какое максимальное их количество Томасу Моргану удалось вырастить из одной особи.

Секрет суперспособности планарии в том, что в её теле разбросаны особые клетки – необласты. Они составляют около четверти всех клеток планарии. Необласты активируются в ответ на повреждение тела, перемещаются в то место, где случилась травма, и начинают делиться, превращаясь в любой вид клеток. Всего из одного необласта после множества делений может получиться целый организм.

В теле планарии со стороны головы накапливаются молекулы, которые дают сигнал всем клеткам, что здесь передняя часть, а со стороны хвоста – другие, которые сигнализируют, что это задняя часть. В самом крошечном кусочке, отрезанном от планарии, на одном конце начинают накапливаться такие «передние» молекулы, а на другом конце – «задние». Поэтому каждый кусочек «знает», с какой стороны нужно выращивать новую голову, а с какой стороны – новый хвост!

В космос и обратно

В космос и обратно

Планарии в космосе

А ещё эти супергерои тоже летали в космос[3]3
  А аксолотлей в космос не взяли – вместо них летали тритоны.


[Закрыть], как и тихоходки.

Известно, что на регенеративные способности млекопитающих, включая космонавтов, невесомость влияет пагубно. Рост и обновление живых клеток и тканей очень сильно замедляются. А если уж люди хотят покорять большой космос, то надо научиться с этим бороться.

Учёные решили узнать, как влияет отсутствие гравитации на регенерацию планарий. Вдруг там их суперсила не работает?

В 2015 году космический корабль «Дракон» (SpaceX Dragon) доставил с Земли на Международную космическую станцию (МКС) пробирки с планариями. Перед полётом, на Земле, планарий разрезали на три части: «голову», «серединку» и «хвост». А по возвращении через 32 дня учёные изучили, что же стало с кусочками. Как ни удивительно, все они самовосстановились – пусть чуть медленнее, чем ожидалось, зато каждый до целой планарии.

Правда, одна из «серединок» вырастила себе не хвост и голову, как полагается, а две головы! Значит, условия космоса всё-таки могут как-то влиять на регенерацию. И эту загадку ещё придётся разгадать.

Супергерой или куст?

И есть ещё одна загадка: кто же третий микросупергерой?

Нет! Эти заросли и есть он!

Это губка – самое древнее на нашей планете многоклеточное существо. Она появилась на Земле более 600 миллионов лет назад.

Обитает на дне солёных и пресных водоёмов по всему миру – от Арктики до Антарктики. Больше всего губка напоминает кусты из каких-то диковинных кувшинов.

Но это никакие не растения!

Древнегреческие учёные, например Аристотель, думали, что губки – это что-то среднее между растениями и животными.

А в XVIII веке известный биолог Карл Линней описывал губок как «растения с цветами, живущими животной жизнью» и «сложных животных, расцветающих подобно цветам растений».

Современная наука считает губок именно животными, хоть и примитивными. Сначала их роднили с кораллами и медузами, а потом выделили в отдельную группу.

Губки устроены ещё проще, чем аксолотли и планарии. У этого супергероя нет ни головы, ни хвоста, ни лапок, ни даже глаз! Зато их способности к регенерации не имеют равных!

По сути, тело губки – это такой «мешочек», который снизу неподвижно прикреплён ко дну водоёма при помощи подошвы, а сверху у него отверстие – устье.

Стенки «мешочка» пронизаны каналами. Вода непрерывно всасывается через эти каналы внутрь «мешочка» и выталкивается сверху через устье. Дышат и питаются губки как раз за счёт этой проточной воды.

Пищей губкам служат микрочастицы останков водных животных и растений. Всё, что не переварилось, выталкивается наружу через устье.

В стенках «мешочка» есть внутренний скелет из известковых или кремниевых иголочек, которые скрепляются в причудливые сеточки специальным губочьим цементом – спонгином. Скелет помогает губкам удерживать форму.

Снаружи поверхность губки пористая или игольчато-щетинистая.

Если в тело губки впрыснуть краску, то через некоторое время в воде над устьем начнёт расплываться цветное облачко.

А вот нервной системы у губок просто нет, они почти не реагируют на внешние раздражители.

Как губка ест

Ток воды внутри создаётся за счёт особых клеток со жгутиками (хоаноцитов), которыми выстланы все каналы и внутренняя поверхность «мешочка». Жгутики шевелятся – вода течёт.

Желудка у губок нет, поэтому, когда питательная микрочастица попадает в тело губки, на неё набрасываются другие особенные клетки – подвижные амёбоциты.

Амёбоциты обволакивают собой микрочастицы и начинают медленно перемещаться внутри тела губки, доставляя еду по всему организму.

Путешествовать губкам помогает регенерация!

От губки могут отделяться маленькие кусочки, которые содержат понемножку всех видов клеток. Такие кусочки уносит далеко потоками воды. В конце концов они оседают на дно и из них вырастают новые полноценные организмы.

А ещё некоторые губки прикрепляются не к морскому дну, а к раковинам моллюсков и вместе с ними передвигаются.

Разнообразные губки

Иссиня-чёрные, молочно-белые, тёмно-коричневые, пронзительно-фиолетовые, дымчато-серые, желтовато-коричневые, красно-оранжевые, ярко-зелёные… А каких только не встретишь форм тела! Губок тысячи видов!

Встречаются и совсем малюсенькие губки, размером всего несколько миллиметров, а бывают огромные – больше метра высотой. Губки могут жить поодиночке или группами-колониями.

А ещё у губок удивительные названия. Есть даже губка-вулкан!

Губка-вулкан

Другое название – антарктическая губка. По форме она действительно напоминает вулкан, но, конечно, не извергается. Эта губка вырастает до гигантских размеров – 2 метра!

И внутри у неё может запросто поместиться человек!

Обитают губки-вулканы возле берегов Антарктиды. Вода там настолько холодная, что все процессы в клетках губки протекают очень медленно. Поэтому губка потребляет очень мало кислорода из воды и практически не стареет!

Если обычные губки живут несколько недель, месяцев или лет, то губка-вулкан может прожить 10 тысяч лет!

Губок спокойно можно брать руками, разве что крошечные иголочки на их поверхности могут вызвать раздражение кожи.

Правда, есть одна особенность: губки очень неприятно пахнут! Вонью они отпугивают хищников. Поэтому врагов у губок мало. Их изредка едят рыбы, морские черепахи и тюлени.

Личинки водных насекомых, червей, моллюсков и водных клещей могут поселиться внутри губки и начать её поедать. Но благодаря замечательной регенерации такие повреждения быстро заживают.

С ног на голову, пополам и на тысячу частей

С ног на голову, пополам и на тысячу частей

ГУБКИ ЖИВУЧИЕ

Если губка высохнет, то она рассыплется на мелкие кусочки. Эти кусочки могут пролежать несколько лет. Но стоит снова поместить их в воду, как из каждого кусочка начнёт развиваться новая губка!

ГУБКИ ПЕРЕСТРАИВАЮТСЯ

Если перевернуть губку вверх ногами, то на месте подошвы скоро образуется устье, а на месте устья появится новая подошва, которая надёжно прикрепится ко дну.

ГУБКИ СРАСТАЮТСЯ

Если губку разрезать пополам и приставить половинки одну к другой – они срастутся. Даже если это два куска от разных особей, но одного вида.

ГУБКИ СОБИРАЮТСЯ ЗАНОВО

Если губку продавить через сетку с мелкими ячейками, как будто просеять через сито, то всё тело губки распадётся на отдельные клетки. Если затем поместить их в воду и перемешать, то через некоторое время они начнут слипаться в мелкие комочки, потом в комочки покрупнее, а затем и вовсе соберутся заново в целый организм!

ГУБКИ УЗНАЮТ СВОИХ

А если таким образом измельчить губки трёх разных видов и перемешать, то клетки, принадлежащие каждому виду, будут узнавать только своих сородичей, и в конце концов опять получится три разных губки.

1. У губок при повреждении ранка сначала затягивается двуслойной мембраной. Чтобы сделать такую мембрану, наружным клеткам (пинакоцитам) и внутренним клеткам со жгутиками (хоаноцитам), которые находятся в месте повреждения, нужно сильно вытянуться и стать очень плоскими.

2. Хоаноциты при этом теряют свои жгутики. Теперь одна клетка занимает площадь в три раза больше, чем раньше. Такая мембрана в 10 раз тоньше человеческого волоса.

3. Потом эта мембрана начинает сжиматься и стягивает края ранки ближе друг к другу.

4. В пространство между слоями мембраны сползаются клетки из неповреждённых частей губки и начинают активно делиться, превращаясь в разные типы клеток.

5. Постепенно на месте ранки восстанавливается внутренний скелет, внешние клетки мембраны перестают быть плоскими, внутренние клетки мембраны опять превращаются в хоаноциты и отращивают новые жгутики.

6. Меньше чем за неделю губка полностью восстанавливает недостающий кусочек тела!

Супергерой – друг человека