История гидры от Антона Левенгука до наших дней

Н.Ю. Зотова

XVIII век прославили два открытия: электричества и гидры.

Началась эта история более 300 лет назад, в 1702 г. А.Левенгук, известный своей страстью к микроскопическим животным, описал еще одно, найденное им в каналах вблизи города Дельфта. Крошечные организмы сидели на листьях водных растений и шевелили своими «рожками». Заметка Левенгука об этих существах была напечатана в «Трудах Лондонского Королевского общества» в 1703 г. Однако тогда мало кто обратил внимание на какую-то вновь описанную мелкую тварюшку, живущую в грязных каналах. Настоящую известность гидра приобрела благодаря швейцарскому ученому Абрааму Трамбле. Произошло это спустя почти четыре десятилетия – в 1740 г.

Тридцатилетний Трамбле приехал в Голландию и устроился учителем детей некоего графа Бентинка. Трамбле считал, что его ученики должны хорошо разбираться в вопросах естествознания и устроил в классной комнате настоящий пресноводный зоопарк, экспонаты для которого собирал в парке имения. Среди этих живых экспонатов оказались и гидры… Трамбле не читал заметку Левенгука и сначала принял их за растения. Чтобы проверить это предположение, он разрезал гидру на две части – и, действительно, каждая половинка через некоторое время восстановилась до целого организма. Однако разрезанием гидры пополам Трамбле не ограничился – он попробовал разрезать ее и на более мелкие части. И к своему удивлению обнаружил, что из каждой из этих частей вырастала новая гидра! Посоветовавшись со своим учителем, знаменитым Рене Антуаном Реомюром, Трамбле решил отнести загадочное создание к полипам, понимая под этим словом существа, способные восстанавливать свое тело даже из маленького фрагмента.

Известие о чудесных способностях крохотных организмов быстро распространилось среди образованных людей Европы. О них говорили и писали в письмах, как о величайшей сенсации. Люди «доставали» себе гидр и пытались в домашних условиях повторить опыты Трамбле. А тот охотно делился своими «полипами» со всеми желающими. Более того, он тщательно инструктировал своих последователей, посылая им вместе с гидрами подробные описания собственных экспериментов. Так что его опыты были повторены многими желающими. Однако опубликовал результаты своих экспериментов Трамбле только в 1744 г.

Три вида гидр, которые изучал Трамбле:

1 – Chlorohydra viridissima; 2 – Pelmatohydra oligactis; 3 – Hydra vulgaris

Заметки Трамбле назывались поэтично: «Мемуары к истории одного рода пресноводных полипов с руками в форме рогов». (Название Hydra этим организмам дал двумя годами позже, в 1746 г., Карл Линней.) Мемуары (буквально: воспоминания) – это рассказ очевидца о неких событиях. Сейчас почему-то принято считать, что о событиях, произошедших с самим автором мемуаров (причем количество людей, желающих поведать миру о происходившем с ними, весьма велико…) Однако мемуары могут быть посвящены описанию и более интересных событий – в частности так называют научные труды, изданные в рамках какого-нибудь общества.

Книга Трамбле включала четыре отдельных мемуара. Каждый из них сопровождался множеством рисунков, выполненных Пьером Лионэ, гравером-натуралистом, тоже, кстати, учеником Реомюра. В первом мемуаре Трамбле описывал обнаруженных им полипов, их внешний вид, движения и «часть того, что удалось открыть относительно их строения». Надо отметить, что из описаний Трамбле следует, что он наблюдал не один вид гидр, а три – обыкновенную (Hydra vulgaris), зеленую (Chlorohydra/H. viridissima) и гидру-олигактис (Pelmatohydra/

H. oligactis). Кстати, сейчас ученые считают, что на свете живет около 30 видов гидр: 5 – в Европе; не менее 13 – в Америке; 6 – в Африке и 4 – в Японии.

Во втором мемуаре Трамбле описывал окраску полипов, их питание, способы захвата и поглощения добычи, а также места (как сейчас бы сказали – «предпочитаемые места обитания»), время и способы, наиболее подходящие для отыскания полипов в природе. Здесь же содержался ряд сведений о том, в каких условиях лучше всего содержать гидр – рекомендации, не утратившие своего значения до сих пор.

В третьем мемуаре Трамбле описывал размножение гидр. Назвав эти организмы «полипами», он, однако, так и не смог решить, животным или растением является гидра. Может быть, наблюдения за процессом размножения у этих существ помогут прояснить этот вопрос? Еще в декабре 1740 г. Трамбле начал выяснять, каким способом гидры размножаются в естественных условиях. Правда, с декабря по конец февраля его попытки обнаружить гидр с «детенышами» не увенчались успехом. Зато весной исследователь сумел не только пронаблюдать за почкованием гидры, но и определить, сколько «малышей» она может произвести. У него получилось, что в среднем одна особь «приносит» по 20 почек в месяц.

Однако полового процесса у гидр Трамбле обнаружить не удалось, хотя он и наблюдал образование на их теле маленьких овальных телец на ножке, которые затем отваливались. Теперь мы знаем, что это были именно созревшие яйца, но Трамбле не удалось пронаблюдать их дальнейшую судьбу и понять, что это такое.

В итоге, так и не обнаружив у гидр полового размножения, он заканчивает третий мемуар рассуждениями о сходстве полипов с растениями, у которых размножение происходит также с помощью почек и черенков. В то же время, сравнивая гидр с обнаруженными им в тех же прудах мшанками (которых он называл «полипами с султаном» и у которых довольно легко обнаружил яйца), Трамбле все-таки заключил, что все полипы так или иначе должны размножаться половым путем.

Впервые вылупление маленькой гидры из яйца наблюдал в 1766 г. П.Паллас. Правда, он решил, что наблюдаемый им процесс – один из вариантов почкования. И лишь в 1872 г. Н.Кляйненберг описал возникновение у гидр половых органов (гонад) из клеток эктодермы.

Чаще всего гидры – раздельнополы, т.е. у них есть мужские и женские особи, но изредка встречаются и гермафродиты. Пол особи предопределен и сохраняется и у молодых полипчиков, отпочковывающихся вегетативным путем.

На одной женской особи гидры может развиться до 10 яичников (но чаще 2–3). В каждом яичнике закладываются первичные яйца (оогонии) и множество клеток, содержащих питательные вещества. Первичные яйца имеют псевдоподии, которыми они захватывают (а потом и переваривают) сначала эти питательные клетки, а потом и друг друга.

В итоге «наиболее сильный» оогоний захватывает все остальные, и в конце концов в каждом из яичников развивается только одно яйцо. После двух делений созревания оно разрывает эктодерму и выпадает наружу, правда, оставаясь при этом прикрепленным к материнскому организму тонкой протоплазматической ножкой. В таком состоянии яйцо готово к оплодотворению, которого оно может ожидать от 10 до 30 часов.

В многочисленных семенниках мужских особей гидр после целого ряда делений развиваются очень мелкие сперматозоиды. Созрев, они выходят в воду и окружают готовые к оплодотворению яйца на женских особях.

Оплодотворенное яйцо сразу же начинает дробиться – до стадии превращения в гаструлу. Затем зародыш покрывается оболочкой, часто украшенной выростами и шипиками, и в таком виде падает на дно, где переживает зиму. Когда вода в водоеме начинает прогреваться под лучами весеннего солнца, молодой развившийся полипчик прорывает стенку своего «шипастого» домика и выходит наружу.

Но вернемся к мемуарам Трамбле. Последний из них (четвертый), был самым впечатляющим и назывался «Операции, произведенные на полипах, и их результаты». В этой части работы Трамбле описывал все свои «издевательства» над гидрой, начиная с поперечного рассечения на две половинки до поперечного и продольного рассечения на множество кусочков, каждый из которых затем восстанавливался в новый полип. Очень экзотичны и его тонко выполненные опыты по выворачиванию гидры наизнанку, вкладыванию одного полипа в другой, сращиванию нескольких полипов одного вида в одну особь.

Схема математической модели взаимодействия генов Гирера и Майнхардта

Как уже говорилось, опыты Трамбле еще в его время повторили множество последователей. Но эти опыты проводят и сейчас. В настоящее время, с учетом накопленных знаний о процессах регуляции в организме, они позволяют многое узнать об особенностях крайне интересного и загадочного явления – регенерации.

Как известно, гидра – радиально-симметричное животное. Ее тело представляет собой полую трубку, состоящую из двух слоев клеток с так называемой головой (ротовым отверстием, окруженным щупальцами) на одном конце и подошвой на другом. Единственная дополнительная структура, которая появляется уразмножающихся бесполым способом гидр, – это почка.

А. Пересадка кусочка ткани головы одной гидры поблизости от головы другой вызывает образование почки.

Б. Пересадка кусочка ткани головы одной гидры в различные участки тела другой также вызывает образование почки. Чем больше расстояние от существующей головы, тем процент образования почек выше

Деление клеток происходит в туловищном отделе гидры, а затем новые клетки смещаются или к голове, или к подошве, или к месту образования почки. При этом подошва и голова являются организующими центрами – если новая клетка оказывается по соседству с ними, она никогда не дифференцирует так, чтобы рядом с уже имеющейся головой или подошвой начала развиваться вторая. Однако с расстоянием этот эффект затухает, и в том месте, где «запрет» на образование головы снимается, закладывается почка.

Почему так происходит? Дело в том, что в клетках уже имеющейся головы запущена работа генов-активаторов, продукты деятельности которых стимулируют запуск аналогичных генов в соседних клетках. Гены-активаторы кодируют высокомолекулярные продукты, которые скапливаются в месте синтеза: таким образом в голове поддерживается информация о том, что это – голова. В то же время продукты деятельности генов-активаторов стимулируют работу генов-ингибиторов, которые в свою очередь тормозят работу генов-активаторов. Замкнутый круг? Нет. Продукты работы генов-ингибиторов отличаются низкой молекулярной массой, они легко распространяются (диффундируют) из места синтеза и оказываются в клетках, расположенных поблизости от головы, но за ее пределами. Именно там они не дают включаться генам-активаторам, а значит – закладываться новой голове. Мало того, если кусочек ткани развившейся головы одной гидры пересадить в тело другой, то из пересаженного куска в любом случае разовьется голова (почка) – даже если он окажется в непосредственной близости от уже имеющейся собственной головы особи-реципиента. То есть если «программа головы» запущена, то продукты деятельности генов-ингибиторов уже не могут ее остановить.

Но по мере удаления от головы концентрация ингибиторов падает, и когда она становится ниже определенного значения, то «разрешается» новая голова, т.е. закладывается почка. Аналогичным образом действуют и активаторы и ингибиторы подошвы. Правда, ингибиторы подошвы, вероятно, сильнее, чем головы, так как на нормальной гидре никаких дополнительных почек-ног никогда не образуется.

Сейчас известно и несколько генов, отвечающих за «понимание» клетками тела гидры того, в каком месте относительно оси «подошва–голова» они находятся. Большинство этих генов кодируют ферменты, расщепляющие белки внеклеточного матрикса – неразделенной на клетки полоски вещества, на которой с разных сторон располагаются клетки эктодермы и энтодермы. Концентрация расщепляющих ферментов в матриксе гидры плавно изменяется от одного конца тела к другому таким образом, что в каждой точке матрикс имеет свой, уникальный, состав. Он-то и позволяет клеткам определить свое положение. А если гидра, например, теряет голову, то в железистых клетках энтодермы в районе повреждения из специальных гранул высвобождаются определенные белковые молекулы. Связываясь с рецепторами на эпителиально-мышечных клетках, расположенных по соседству, эти молекулы включают в них «программу образования головы».

Вот так постепенно ученые проникают в секреты удивительных способностей гидры. Однако, у исследователей еще много вопросов к этому животному, и один из них, казалось бы, прост: а сколько живет гидра? Однажды этот вопрос был задан участникам одного из международных конгрессов вне официальной программы, на пикнике. И попал в «номинацию» самых трудных. Приз за ответ на него получил профессор из Цюриха Пьер Тардент: «Гидра будет жить до тех пор, пока лаборантка не разобьет пробирку, в которой она живет!» Действительно, некоторые ученые считают, что это животное может жить вечно…

Список литературы

Трамбле А. Мемуары к истории одного рода пресноводных полипов с руками в форме рогов /Пер. с франц. И.Канаева. – М.-Л.: Гос. изд-во биол. и мед. литературы, 1937.

Степаньянц С.Д., Кузнецова В.Г., Анохин Б.А. Гидра. – М.: КМК, 2003.