Wenn Sie den Finger geschnitten, die Haut kann neue Zellen, um die Wunde zu heilen zu machen. Wenn eine bestimmte Art von Eidechse verliert seinen Schwanz, kann die Geweberegeneration eine neue zu produzieren.

Jetzt haben Forscher eine bisher unbekannte Selbstreparatur mechanism- Reorganisation der bestehenden Anatomie entdeckt wiederzuerlangen symmetrie einige Arten von Quallen.

Arme verloren



Viele Meerestiere, darunter auch einige Quallen, schnell Gewebe zu regenerieren in Reaktion auf eine Verletzung, und dieses Merkmal ist wichtig für das Überleben.

Wenn eine Meeresschildkröte nimmt einen Bissen von einer Qualle kann die verwundetes Tier schnell wachsen neue Zellen, um das verlorene Gewebe zu ersetzen. In der Tat ist eine Qualle artigen Tier namens Hydra eine sehr häufig verwendete Modellorganismus für das Studium der Regeneration.

Aber Lea Goentoro, Assistant Professor für Biologie am California Institute of Technology, zusammen mit Doktorand Michael Abrams und technischen Forschungspartner Ty Basinger, interessierten sich für einen anderen Körper, der Mond Quallen.

Das Trio, Autoren der Studie, wollte wissen, ob der Mond Quallen würde, um Verletzungen in der gleichen Weise wie eine Hydra verletzt zu reagieren. Das Team konzentrierte sich ihre Studie über die Jugend der Quallen, oder Efira Bühne, wegen der einfachen Körper Ephyra Pla- einen scheibenförmigen Körper mit acht Armen symmetrischen würde jede Geweberegeneration deutlich sichtbar zu machen.

Um verletzungs, wie sie von einem Raubtier in der Wildnis-Team durchgeführt Amputationen auf Ephyra betäubt, Erzeugung bestimmte Tiere mit zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben oder Arme, statt der üblichen acht verursacht simulieren. Dann kehrte sie zu ihrem Lebensraum Qualle von künstlichem Meerwasser, und überwacht die Reaktion des Gewebes.

Lila-gestreiften Qualle Sanjay Acharya via Wikimedia Commons

Obwohl die Wunden verheilt, wie erwartet, mit dem Gewebe um den Schnitt in einer Angelegenheit von Stunden zu schließen, fiel die Forscher etwas Unerwartetes: die Quallen nicht Gewebe zu regenerieren, um die verlorenen Waffen zu ersetzen.

Stattdessen innerhalb der ersten zwei Tage nach der Verletzung, die Ephyra hatte das bestehende Waffen reorganisiert symmetrisch und gleichmäßig um den scheibenförmigen Körper des Tieres angeordnet sein. Diese sogenannte resymmetrization prüft wird, wenn das Tier nur noch zwei Gliedmaßen oder sieben haben, und das Verfahren wurde bei drei anderen Arten der Qualle Ephyra beobachtet.

"Es ist eine andere Strategie der Selbstreparatur", sagt Goentoro. "Einige Tiere nur ihre Wunden zu heilen, andere Tiere zu regenerieren, was verloren ist, aber die ephyrae Mond Gelee nicht ihre verlorene Gliedmaßen regenerieren. Sie heilen die Wunde, aber dann zusammengefasst, um die Symmetrie wieder zu erlangen."

Radialsymmetrie

Es gibt mehrere Gründe, warum die Symmetrie kann wichtiger sein für die Entwicklung von Quallen zu regenerieren eine verlorene Extremität. Medusa und viele andere Meerestiere wie Seeigel, Seesterne, Seeanemonen und haben, was als die radiale Symmetrie bekannt.

Obwohl die Körper dieser Tiere haben einen deutlichen oben und unten, haben keine unterscheidbaren linken und rechten Seiten-eine Rückstellung, bei Menschen und anderen höheren Lebensformen, wie bilaterale Symmetrie bekannt vor. Und das Radialsymmetrie, ist es wichtig, wie die Qualle bewegt sich und isst, sagt Erstautor Abrams.

"Jellyfish Wirkung von 'Zuschlagen' Armen, dies ermöglicht für den Antrieb durch das Wasser, die auch bewegt Wasser und Nahrung über den Mund", sagt er. "Beim Schwimmen, eine Grenzschicht von viskosen, das heißt, bildet dicke Flüssigkeit in den Armen, Schaffung eines Raums der Kinder geht weiter. Und Sie können sich vorstellen, wie dieser Bereich für Kinder würde gestört werden, wenn Sie eine große Lücke zwischen haben Arme. "

Pflegen Symmetrie scheint von entscheidender Bedeutung nicht nur für den Antrieb und Macht, die Forscher gefunden. In den wenigen Fällen, in denen verletzte Tiere nur etwa 15 Prozent der verletzten Tiere, die Ephyra asymmetrischen studied- nicht symmetrize-, auch sie nicht in normalen erwachsenen Qualle, Qualle genannt zu entwickeln.

Wiedererlangung der Bilanz

Die Forscher nächsten wollte, wie der neue Mechanismus zur Selbstreparatur zu verstehen.

Zellproliferation und Zelltod sind häufig bei der Regeneration von Gewebeverletzung und der Reaktion beteiligt, aber das Team festgestellt, waren die Quallen Amputierten oder neue Zellen oder als bestehende umverteilt bestehenden Arme um ihren Körper zu töten die Zellen.

Eine einzelne ephrya wurde in einen Abschnitt mit drei Armen und einem Schnitt von fünf bewaffneten unterteilt. Innerhalb von zwei Tagen der Amputation oder die zurückgefordert verlorenen Arme. Stattdessen wird jeder Abschnitt reorganisiert mechanisch Reformierung radiale Symmetrie mit den übrigen Armen. Oben, von links nach rechts, sind die ephryae unmittelbar nach der Amputation, dann 6 Stunden, 18 Stunden, 50 Stunden und schließlich.

Stattdessen wurden die mechanischen Kräfte, die durch eigene Muskelkontraktionen der Qualle wesentlicher Symmetrie. In der Tat, wenn Muskelrelaxantien wurden hinzugefügt, um Meerwasser rund um eine Qualle verletzt verlangsamt Muskelkontraktionen des Tieres, die Symmetrie der Arme erhalten, auch verlangsamt.

Im Gegenteil eine Reduktion der Menge an Magnesium in Meerwasser künstliche beschleunigt die Geschwindigkeit, mit welcher der Qualle gepulst ihre Muskeln und diese Kontraktionen schnellen Muskel erhöht die Rate der Symmetrierung.

"Symmetrie ist eine Kombination von mechanischen Kräften, die durch die Muskelkontraktionen und dem Körpermaterial viskoelastischen Quallen", sagt Abrams. "Der Kreislauf der Kontraktion und der viskoelastische Antwort vom Gewebe Quallen führt zur Reorganisation des Körpers. Man kann sich vorstellen, dass in der Abwesenheit von Symmetrie sind die mechanischen Kräfte unausgeglichen, aber mit der Zeit, wie der Körper und die Arme zu reorganisieren die Kräfte auszugleichen . "

Um diese Idee zu testen, arbeitete das Team mit Co-Autor Chin-Lin Guo, von der Academia Sinica in Taiwan, ein mathematisches Modell zu bauen, und ist in der Lage, den Prozess der Symmetrisierung simulieren.

Biomaterialien, die zu heilen?

Neben dem Hinzufügen, um unser Verständnis der Mechanismen der Selbstreparatur, könnte die Entdeckung helfen, Ingenieure entwerfen neue Biomaterialien, sagt Goentoro.

"Die Symmetrierung kann einen neuen Weg, um von Biomaterialien, die entworfen werden könnte, um" heilen ", gewinnt Funktionsgeometrie statt Regeneration präzisen Formen denken, zu bieten", sagt er. "Andere Mechanismen der Selbstreparatur erfordern Zellproliferation und Todesprozesse biologische Telefone, die nicht einfach auf die Technologie umgerechnet werden. Aber wir können leicht anzuwenden mechanische Kräfte aus einem Material."

Und die Auswirkungen der mechanischen Kräfte auf die Entwicklung immer mehr in einer Vielzahl von Organismen untersucht, sagt Goentoro.

"Vor kurzem hat die mechanischen Kräfte habe immer gefunden worden, um eine Rolle bei der Entwicklung und Regulation von Geweben zu spielen. So die Symmetrisierung Prozess in Aurelia, mit seiner einfachen Geometrie, bietet sich als ein gutes Modellsystem, in dem wir, wie die Kräfte zu studieren Mechanische spielen eine Rolle bei der Morphogenese. "

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