Имеется серия работ, в которых сами исследователи дают такое заключение о бессмертии T.nutricula. Эти работы позволяют проанализировать полученные результаты с точки зрения общей биологии, биологии старения и возможности продления жизни человека [1-6,10-11].

Общие сведения о медузах

Медузы подразделяются на классы: гидромедузы (гидроидные), сцифомедузы и кубомедузы. Известно более 1500 видов медуз.

Класс Гидроидные (Hydrozoa), к которым относится T.nutricula, — это наиболее низшие беспозвоночные типа кишечнополостных (Coelenterata). В ЖЦ многих кишечнополостных животных закономерно чередуются поколения полипов и медуз. В определенный сезон полипы (бесполое поколение) отпочковывают личинок медуз, которые развиваются в свободноплавающие медузы. Достигнув половой зрелости, медузы продуцируют половые клетки, и из оплодотворенных яйцеклеток развиваются личинки-планулы, которые, оседая на дно, превращаются в полипы.

Регенерация у медуз достаточно изучена. Из части полипа может регенерировать весь полип, а из достаточно большого фрагмента, вырезанного у медузы, может образоваться новая медуза, аналогичная в морфологическом и в функциональном отношении. Такой регенеративный процесс строго специфичен — из фрагмента ткани полипа может образоваться только полип, из куска ткани медузы — только медуза, а из фрагмента определенной ткани регенерирует медуза того же типа. Во взрослом организме кишечнополостных есть специализированные клетки — книдобласты, железистые, эпидермальные, мышечные, интерстициальные (i-клетки) и др., которые при регенерации из фрагмента ткани должны возникать, как считают, из уже имеющихся таких же клеток, либо вследствие трансформации одного типа клеток в другой.

Продолжительность жизни гидроидных медуз с метагенетическим ЖЦ развития в планктоне составляет несколько месяцев, и они умирают вскоре после выпуска гамет.

В роде Turritopsis известно несколько видов. Они заселяют моря тропического и умеренного поясов. Медуза Turritopsis nutricula известна ученому миру давно — ее описание опубликовано в 1857 году (McCrady). Размножение T.nutricula и ЖЦ — обычный для гидрозоев — чередование бесполых и половых поколений.

Опыты, объяснения полученных результатов и заключения исследователей Turritopsis nutricula.

В конце прошлого века итальянский ученый Фернандо Боэро случайно обнаружил полипы в высохшем аквариуме, где, кроме рыбок, жили несколько особей T.nutricula. Полипы напоминали медуз T.nutricula, но без щупалец. После наполнения аквариума водой через некоторое время они ожили и стали развиваться, затем от полипов начали отпочковываться крохотные особи медуз T.nutricula.

Обратная трансформация развития изолированных зародышей медузы в полипы была установлена у видов: Podocoryne carnea [13,16], Eleutheria dichotoma , Cladonema sp., Cladonema uchidai [14] и Perarella schneideri . Однако это происходило только в начале развития, у зародышей медуз, а после отделения их от полипа такая способность полностью исчезала.

Bavestrello с соавт. [12] сообщили о том, что сексуально незрелая медуза Turritopsis nutricula может возвращался к стадии полипа, давая начало столонам и гидроидным колониям. При этом отмечались различная форма и анатомическая организация медузы и полипа, а также различный набор соматических клеток. Поэтому трансформация медузы в полип должна происходить заменой клеточных типов, регенерацией тканей и реорганизацией.

Piraino с соавт. [15 ] изучали потенциал и пусковые механизмы такой трансформации в течение всей жизни T. nutricula, а также клеточные основы этого процесса. Для объяснения процесса трансформации медузы на клеточном уровне проверялись две гипотезы: 1 — все дифференцированные соматические клетки медузы дегенерируют, а производство клеток полипа определяется запасом стволовых i-клеток; 2 — дифференцированные клетки медузы могут быть трансдифференцированы и произвести необходимые новые типы клеток полипа.

Исследования проведены на 4000 медузах Turritopsis nutricula, взятые из Средиземного моря. Половая зрелость достигалась после 25-30 дней при 20°C на стадии с 16 щупальцами.

Трансформация экспериментально вызывалась в течение развития к половой зрелости: (a) голоданием, (b) внезапным повышением или снижением температуры воды (от 22°C до 17 или 27°C), (c) уменьшением солености воды (90%-ая морская вода, 10%-ая дистиллированная вода, S = 33 %), (d) механическим повреждением колокола щипцами или ножницами. <…>

Заключение авторов. Среди кишечнополостных и вообще всех многоклеточных организмов

Неизвестно, встречаются ли эти процессы при естественных условиях, потому что они имеют место в довольно короткий промежуток времени и их трудно наблюдать в природе. Однако лабораторные исследования демонстрируют, что у T. nutriculu есть трансформационный потенциал, который никогда не регистрировался у других видов, и кажется невероятным, что такой потенциал выражен только при лабораторных условиях.

Обсуждение

Анализируя исследования Piraino с соавт., следует отметить неточность определения начала половозрелости (ПЗ) медуз. Авторы правильно отмечают, что старение и смерть медуз происходит при половом размножении, т.е. начиная с момента ПЗ. ПЗ медуз они определяли по числу щупалец, 16, хотя известно, что у взрослых особей число их может достигать 80-100. При наличии в опытах 4000 медуз необходимо было вести контрольную группу до ПЗ. До ПЗ медузы не должны стареть. Поэтому можно сделать вывод, что опыты по трансформации медуз проводились до начала их старения, т.е. на нестареющих организмах.

Авторы подчеркивают, что в опытах используют зрелых медуз, даже достигших ПЗ или говорят, что трансформация отменяет старение медуз. Действительно, при старении медуз с момента ПЗ трансформация в полипы не происходила. Можно было бы считать, что именно старение отменяет процесс трансформации. Однако трансформация не происходит и до ПЗ, у нестареющих медуз при нормальных, нестрессовых, условиях. То есть трансформация и старение медузы не связаны между собой.

В процессе трансформации взрослая медуза фактически прекращает (без старения) своё существование как целостный организм и создает зародыш полипа, т.е. другой организм, отличающийся от неё морфологией, физиологией и типом клеток.

В зависимости от внешних условий ЖЦ может иметь несколько путей. В ЖЦ медузы T. nutriculu имеются 3 пути.

• 1-й путь. При благоприятных условиях, когда трансформация невозможна, медуза достигает ПЗ, размножается половым способом, стареет и гибнет, а планулы (бесполые организмы) создают полипы (бесполые поколения в ЖЦ), которые дают много медуз следующего поколения, отличных от одной предыдущей медузы. При этом новые поколения полипов и медуз имеют изменённый генотип по отношению к материнской медузе.
• 2-й и 3-й пути возможны только при неблагоприятных для нормального развития условиях, а именно сдерживающих, замедляющих развитие, или делающих его невозможным. Известно, что при таких условиях сидячие формы полипов, модульные организмы многих видов задерживают развитие, редуцируются, перестраиваются и трансформируются. У свободноплавающих медуз это грозит гибелью. Единственный путь — трансформироваться в бесполую форму полипа. И такая трансформация частично возможна у многих видов медуз, а у T. nutricula она выражена на 100%. Неслучайность такого явления говорит о том, что надёжность трансформации медузы в полипа выработана и закреплена в процессе эволюции. То есть это не искусство эксперимента, как отмечают авторы, а обычное, распространённое явление в природе и очень важное для существования вида миллионы лет. T. nutricula обитает в прибрежных водах тропических морей и океанов. Длина прибрежных линий в мире исчисляется сотнями тысяч км. Во время регулярных приливов и отливов медузы могут периодически попадать на сушу и в море, трансформируясь в полипы (как и в аквариуме Фернандо Боэро) и продолжая ЖЦ. Периодические сезонные изменения температуры воды должны также вызывать трансформацию медуз. Т.о., 3 пути в ЖЦ медузы обеспечивают бессмертие этого вида, при этом 1-й путь обеспечивает генетическое разнообразие и расцвет вида в эволюции, а 2-й и 3-й — переживание регулярно происходящих неблагоприятных условий, а также обеспечивают большую численность медуз, многие из которых далее проходят и 1-й путь. Все 3 пути заканчиваются стадией полипа, от которого начинается очередной ЖЦ.

Нами показано, что единицей развития организмов является ЖЦ, в котором могут чередоваться несколько поколений организмов с ограниченной ПЖ [11]. ЖЦ имеет больше возможностей для выживания и большую по сравнению с отдельным организмом ПЖ, но ограниченную. Бессмертие видов обеспечивается регулярной повторяемостью ЖЦиклов, выработанных в эволюции. Поэтому ПЖ медуз обычно составляет 3-4 мес и они прекращают индивидуальное существование от старения или при трансформации без старения. Не обнаружено медуз T. nutricula, возраст которых исчислялся бы тысячелетиями, тем более бессмертных медуз. Вид T.nutricula, как и все виды, бессмертен.

Заключения авторов основаны на недостаточных представлениях о жизненных циклах, бесполом размножении, о реверсе и об обратном развитии.

Проблема бесполого размножения (БР) имеет отношение к общебиологическим проблемам регенерации, соматического бластогенеза (или эмбриогенеза), развития, старения и продления жизни. Фактические материалы по БР рассеяны в многочисленных работах, не имеющих отношения к БР, потому что в англоязычной литературе проблема БР пренебрегается, она считается непризнанной, часто само понятие БР применяется упрощенно или неправильно. Например, партеногенез понимают как БР. Большая работа по сбору, обобщению и анализу работ, связанных с БР, выполнена учеными кафедры эмбриологии ЛГУ [1,2,6]. Стало очевидным, что некоторые животные имеют 2 и более типов индивидуального развития — эмбриогенез и бластогенез, а формы БР у разных животных произошли на основе регенерации и соматического бластогенеза (развитие нового организма из части или комплекса клеток старого). При БР многие клетки дедифференцируются и ткани омолаживаются. Соматический бластогенез характерен для низкоорганизованных и слабоинтегрированных форм, и все внешние и внутренние факторы, которые снижают степень интеграции, способствуют соматическому бластогенезу. Это наиболее характерно для Hydrozoa. В опытах с T.nutricula внешние воздействия приводили к дезинтеграции клеточных систем, тканей, органов или организма медузы. Далее происходила сборка заново — соматический бластогенез полипа. Поэтому описанная трансформация T.nutricula в полип является видом бесполого размножения в ЖЦ медузы.

В ЖЦ других видов медуз БР — это почкование в колонии полипов. Медузоидные почки развиваются у разных видов в разных частях колонии полипов [2]. У многих гидроидов в почках до отделения их от полипа происходит скопление i-клеток, и развитие почек в гонофоры и затем в медузы детерминируется этими клетками [2]. I-клетки передаются медузе. Многие виды медуз могут размножаться почкованием бесполым путем и при этом почти всегда производят медуз, а у гидромедузы Eleutheria dichotoma, которая после обособления от полипа приступает к бесполому размножению почкованием, обнаружена не только способность регенерировать утраченные части тела, но и возможность развития заново из небольших фрагментов по типу соматического эмбриогенеза [2,6]. У медуз Rathkea медузоидные почки и гонады развиваются на одном и том же месте (на хоботке) и даже из одних и тех же i-клеток. При переходе к половой репродукции медузы производят гоноциты из i-клеток [2]. Первичные половые клетки у гидрозоев с половым и бесполым размножением образуются у взрослых организмов. Следовательно в опытах Piraino медузы T.nutricula были бесполыми, т.е. нестареющими.

Учитывая изложенное выше, следует особо рассмотреть процессы регрессивной трансформации, или обратного развития.

В опытах с медузоидными почками, возникающими на полипе Podocoryne carnea, детерминация медузоидной организации происходит сравнительно поздно, когда отчетливо видны морфологические признаки медузы [13,16]. Авторы [13,16] выделили, по морфологическим критериям, 10 последовательных стадий развития медузы. Медузоидная почка, отделенная от полипа на 1-4 стадиях, может испытывать обратное развитие, приводящее к формированию шаровидного двухслойного зародыша, который может прикрепиться и дать начало столону. Медузоидные почки 5-8 стадий развиваются в нормальную медузу. На разных стадиях формирования медузоидные почки подвергали диссоциации. Агрегаты клеток, полученные из взвеси медузоидных почек до 7-й стадии, развивались в столоны и полипы, а агрегаты почек поздних стадий развивались в медуз [13,16]. В очень редких случаях (6 из 4900) при неблагоприятных условиях агрегаты изолированных клеток взрослой гидромедузы трансформировались в столоноподобные структуры. Это явление получило название регрессивной трансформации. Следует отметить, что т.н. регрессивная трансформация, понимаемая как обратное развитие, существенно отличается от прямого развития. На клеточном уровне прямое развитие связано с дифференцировкой клеток, а обратное — с дедифференцировкой и трансдифференцировкой. На уровне систем организма прямое развитие связано с централизацией интегрирующих систем, а обратное — с их децентрализацией, вплоть до зародышевого состояния. Более правильным «обратное развитие» и «регрессивная трансформация» у T.nutricula следовало бы называть соматический бластогенез как форма БР в ЖЦ данного вида. В ЖЦ T.nutricula происходит последовательное (прямое развитие) чередование двух бесполых процессов у медузы и полипа.

Авторами [15] проверялись две гипотезы о клеточных источниках трансформации медузы в полипа:

• 1 — все дифференцированные соматические клетки медузы дегенерируют, а производство клеток полипа определяется запасом i-клеток;
• 2 — дифференцированные клетки медузы могут быть трансдифференцированы и произвести необходимые новые типы клеток полипа. Обычно такие гипотезы обсуждаются при изучении регенерации, т.е. процессов восстановления органов и тканей у одного организма (например, медузы). В этом случае преимущество имеет 2-я гипотеза.

Трансдифференцировка понимается как способность взрослой региональной стволовой клетки (СК) дифференцироваться в клетки «своего» органа и трансдифференцироваться в клетки другого органа и/или другого зародышевого листка в следующей последовательности: СК — дифференцировка — дедифференциировка — дифференцировка. <…>

Согласно гипотезе резервных клеток, предшественниками регенерационной бластемы являются резервные СК. Известно, что у кишечнополостных i-клетки скапливаются вблизи раневой поверхности и из них могут возникать все остальные типы клеток [6].

Такие же полипы в ЖЦ могут образовываться и другими путями. В статье Piraino описываются: 2 вида трансформации медуз — с инвертацией и без инвертации колокола, 4 вида неблагоприятных воздействий, а также развитие планулы. В результате всегда образуется только зародыш полипа. При регенерации медуз такого не происходит.

Известно, что в развитии зародыша всех видов участвуют тотипотентные СК, или первичные СК у гидроидных, у T.nutricula это i-клетки. Основой развития, жизнеспособности и размножения нового организма являются также СК [9]. Поэтому во всех процессах развития медузы в полипа заново СК должны играть важную роль. В серии работ [3-5,7] исследована роль СК в половом и бесполом размножении представителей пяти типов животных: губки Oscarella malakhovi (Porifera), гидроида Obelia longissima (Cnidaria), планарии Girardia tigrina, ракообразных Peltogasterella gracilis, Polyascus polygenea и Thylacoplethus isaevae и асцидии Botryllus tuberatus (Chordata). Установлено, что у этих животных линии тоти- и/или мультипотентных СК — археоцитов губок, i-клеток кишечнополостных, необластов турбеллярий и СК асцидий представляют самообновляющийся резерв СК с неограниченным или широким морфогенетическим потенциалом, поддерживаются на протяжении всей жизни индивида и являются источником клеточного материала для реализации полового и бесполого размножения, регенерации и они способны дифференцироваться в половые и соматические клетки. Множество молекулярно-биологических данных свидетельствует об общности морфофункциональной организации тотипотентных СК, в том числе и половых, у всех многоклеточных организмов [1-7]. В настоящее время предложено называть эти клетки «первичными СК». Они характеризуются присутствием в цитоплазме т.н. зародышевой плазмы, содержащей зародышевые (половые) детерминанты, структурированные в виде герминальных гранул или дисперсного материала, которые являются специфическим ультраструктурным маркером и ключевым органоидом клеток половой линии и первичных СК беспозвоночных [3-5,7].

Первичные СК беспозвоночных с бесполым размножением традиционно рассматриваются как тотипотентные, хотя тотипотентными признаны i-клетки только у Hydractinia echinata. Как правило, не одна СК, а некий их комплекс дает начало новому организму или зооиду при бесполом размножении, становясь обладающим теми же потенциями, что и одна половая клетка [3]. Число первичных СК, способных дать бластозооид книдарий и асцидий, определено в пределах 100–300 клеток. Необходимо создание «критической массы» клеток для развития организма. «Эффект массы» объясняется созданием в клеточных агрегатах определенной концентрации необходимых метаболитов. Наличие «критической массы» клеток, по-видимому, необходимо для создания специализированной ниши для реализации потенций СК при формировании бластозооида беспозвоночных.

Имеется много наблюдений о влиянии на формообразовательные процессы температуры, питания, дефицита воды, концентрации соли в воде, размеров и возраста колоний полипов и медуз [2]. При этом для развития полипов и медуз внешние условия всегда различны. Периодическое изменение внешних условий позволяет сдерживать развитие и продлевать жизнь животных.

В связи с проблемой радикального продления жизни нами предложены способы замедления старения у разных видов животных [10]. Во многих опытах на беспозвоночных было показано, что с помощью голодания, снижения температуры тела или повышения в среде концентрации СО2 удается снизить обмен веществ, задержать половой созревание и старение организма. При этом происходит редукция тела, рассасывание старых тканей и разблокировка СК от старого микроокружения. При отмене воздействия организм обновляется за счет СК. Такие периодические воздействия позволяют в десятки раз увеличить ПЖ одноклеточных, гидр, планарий, олигохет, полихет, насекомых и др. Так, с помощью голодания удавалось продлить жизнь планарий Dugesia tigrina в 25 и более раз [8].

У многих видов млекопитающих такие неблагоприятные факторы как снижение температуры, недостаточное питание (голодание), дефицит воды вызывают снижение обмена веществ, задержку полового созревания и являются условиями гипобиоза. После выхода из гипобиоза (спячки) их организм омолаживается и ПЖ может увеличиваться в несколько раз [10].

Способы РПЖ человека связаны с замедлением старения в состоянии гипобиоза. Наиболее универсальным способом РПЖ является чередование состояния гипобиоза и расширение резервных возможностей организма с помощью специальных техник и тренировок [10].

Заключение

Проведенный анализ работ по трансформации медузы T.nutricula позволяет сделать следующие выводы. Опыты проводились на нестареющих медузах и их трансформация не связана со старением. В процессе трансформации взрослая медуза фактически прекращает (без старения) своё существование как целостный организм и создается зародыш полипа, т.е. другой организм, отличающийся от неё морфологией, физиологией и типом клеток. Заключения авторов основаны на недостаточных представлениях о жизненных циклах, бесполом размножении, о реверсе и об обратном развитии.

В жизненном цикле (ЖЦ) медузы T. nutriculu имеются 3 пути. 1-й путь. При благоприятных условиях, когда трансформация невозможна, медуза достигает половозрелости, размножается половым способом, стареет и гибнет, а планулы создают полипы.

2-й и 3-й пути — при неблагоприятных условиях. На основе трансформированных тканей медузы происходит развитие зародыша полипа заново — соматический бластогенез, в котором первичные СК играют главную роль. Все 3 пути заканчиваются стадией полипа, от которого начинается очередной ЖЦ почкованием полипа.

В дискуссии о клеточных источниках трансформации медузы в полипа авторы переоценили значение трансдифференцировок клеток и недооценили главную роль первичных СК в процессах бластогенеза. Это связано в настоящее время с интенсивными исследованиями роли трансдифференцировок в основном в процессах регенерации (одного организма). В данном случае происходит образование зародыша нового организма на материале материнского, который содержит дифференцированные клетки и первичные СК. В развитии всех видов первичные СК играют главную роль. А дифференцированные клетки материнского организма трансдифференцируются и формируют новые ниши для реализации широких потенций СК.

Продолжительность жизни медуз обычно составляет 3-4 месяца, и они прекращают индивидуальное существование от старения или при трансформации без старения. Не обнаружено медуз T.nutricula, возраст которых исчислялся бы тысячелетиями, тем более бессмертных медуз.