Стволовые клетки - чистят, шишания - колола
В эволюции исчезновения по определению заключен детективный сюжет, а эволюция каждодневного исчезновения сотен миллионов и миллиардов клеток - это уже история с драматическим элементом триллера.
Но еще круче - не распутанное не смотря на целую порву промчавшихся сотен миллионов лет исчезновение, выпадание из опыта человеческого знания до селе неизвестного, неведомого вида живого существа, называеммого деятелями науки новой стволовой группой целого типа.
Собственно, даже одно его изучение сулит целую россыпь открытий науки.
В этом стараются убедить в своих пересказах специализирующиеся на публикациях об открытиях науки научные издания.
В частности, вездесущая «Наука и жизнь» в пересказе публикации в Nature утверждает, что ежедневно из организма каждого человека «исчезают миллиарды клеток», они отработали свое и накопили массу повреждений, и их утилизацией, уборкой клеточного мусора и обломков из организма занимаются особой разновидности стволовые иммунные клетки - макрофаги.
Но эти стволовые клетки - макрофаги - должны обладать этаким безошибочным нюхом, точным механизмом распознания, кого конкретно следует утилизировать, удалить, буквально съесть.
И такой механизм - есть.
В публикации приводится в качестве иллюстрации пример с поставленным деятелями науки экспериментом «с мышиными клетками волосяных фолликулов, или волосяных луковиц».
«Волосяной фолликул – это место, из которого растут волосы, в нём живут клетки самых разных типов, в том числе и стволовые.
Они активны не всё время: у фолликула есть фаза активного роста (анаген), затем следует фаза окончания активного роста и дегенерации (катаген) – нижняя часть волосяного фолликула (луковицы) ужимается и волос отключается от кровоснабжения. Третья фаза – телоген, фаза отдыха: волосяной фолликул ничего не делает, волос же какое-то время остаётся в волосяной сумке, а потом выпадает. Дальше цикл повторяется.
Часть стволовых клеток погибает в фазу дегенерации (катаген) – их съедают другие стволовые клетки. Поведение стволовые поедателей управляется двумя определёнными белками – транскрипционными факторам,- отмечается в пересказе публикации.
При этом поясняется, что «тут нет ничего необычного», поскольку «любое поведение любой клетки зависит от того, насколько у неё активны те или иные гены, то есть насколько активно информация из генов, то есть из ДНК, копируется в РНК» .
«Здесь важно, какие именно сигналы ловят сами транскрипционные факторы перед тем, как активировать конкретный ген,- подчеркивается в пересказе.
Оказывается, «факторы «стволового поедания» чувствуют молекулярные послания одновременно от здоровых клеток и от умирающих».
Как установили деятели науки, «в старых клетках активируются программы самоуничтожения, и одна из самых известных таких программ – апоптоз».
«Апоптотические клетки выбрасывают из себя разные молекулы, в том числе особые липиды, которые здоровые клетки не выделяют. Здоровые же стволовые клетки волосяного фолликула выделяют ретиноевую кислоту.
Сигнал от здоровых соседей каждая отдельная стволовая клетка чувствует всегда. Но когда к ретиноевой кислоте присоединяются липиды от апоптотических клеток, то стволовая клетка настраивается на фагоцитоз – теперь она готова физически поглотить то, что останется от апоптотической клетки.
(А убирать такие остатки необходимо: пусть самоуничтожающаяся клетка всё делает аккуратно и по правилам, от неё всё-таки что-то остаётся.)
Со временем старых клеток становится всё меньше, липидный сигнал слабеет, остаётся только ретиноевый, и стволовые клетки переключаются из поедательного-фагоцитирующего режима в обычный стволовой.
Иммунные макрофаги, которые обычно считаются главными уборщиками клеточно-молекулярного мусора, тоже чувствуют сигналы апоптотических клеток, но именно в волосяных фолликулах они перемещаются медленно, и если полагаться только на них, то уборка мусора займёт несколько дней. Убирать же его нужно поскорее: эксперименты показали, что кожа в принципе начинает себя плохо чувствовать, если у стволовых клеток отключить способность поедать старых соседей. Без стволовых поедателей мусора накапливается столько, что даже макрофаги не могут с ним справиться,- разъясняет необходимость процесса уборки и утилизации в пересказе «Науки и жизни».
Впрочем, в публикации отмечается, что «мусороуборочные свойства есть у самих стволовых клеток», хотя они и «неподвижны», но отмирающий, находящийся у них под боком «мусор» они съедают-утилизируют «довольно быстро».
По предположению «Науки и жизни», вероятно, «они извлекают пользу из чужих липидов, белков, нуклеиновых кислот и пр., которые успели поглотить» по принципу пригодности «в собственном хозяйстве».
Издание не исключает, что «у стволовых клеток других органов и тканей есть похожие свойства», и состояние данных органов и тканей напрямую зависит от умениях их стволовых клеток четко и в нужный момент съесть отмирающих соседей.
Такова неумолимая логика существования.
Ну, а «Элементы» повествуют в своем пересказе публикации в журнале Science о найденном на юге Китая (в городском округе Куньмин) новом виде и роде моллюсков Shishania aculeata (кембрийская шишания), датируемой датой примерно в 514–509 миллионов лет.
Судя по пересказу, «родовое название происходит «от имени китайского палеонтолога Шишаня Чжаня (Shishan Zhang)», а «видовой эпитет означает «колючий, несущий шипы».
Предполагается, что этот моллюск, кембрийская шишания, «не имел раковины, был плоским и колючим».
Его соотнесли «к типу Mollusca из-за крупной ноги и мантии».
Ученые думают, что «подобное строение имел предок всех моллюсков», то есть он - эволюционный, и склонны рассматривать шишанию как своеобразный кладезь научных открытий.
«Заметно, что основание склеритов было полым, а их края — более темными, углеродные пленки в их составе оказались утолщены из-за сжатия во время фоссилизации.
Центральная часть склеритов выглядит менее плотной — это предполагает их медленное затвердение и формирование в тонком органическом «чехле».
На срезах склеритов видны поперечные кольца, однако сжатие при фоссилизации скорее всего усилило этот паттерн. Отдельные склериты сломаны или даже оторваны у основания — по ним заметно, что внутренняя часть слабо склеротизирована и содержит довольно тонкую кутикулу. Склеритом S. aculeata по большей части сохранился в виде органических пленок, но некоторые склериты замещены пиритом (сульфидом железа),- отмечается в пересказе «Элементов».
В публикации поясняется, что «сохранившие органический материал склериты имеют тонкие продольные полосы и окружены пиритизированным веществом, различимым по высокому содержанию железа и серы (которая в значительной степени разрушена выветриванием)», а «на спинной стороне некоторые экзепляры S. aculeata под склеритомом сохранили остатки ткани, похожей на мантию — складку тела моллюсков, которая является общей для большинства животных этого типа чертой».
«Как и у других лофотрохозоев, склериты шишании нарастали у основания, поэтому верхушка — это их самая старая часть. Сложенный из них склеритом в целом имел характерный паттерн из шестиугольников («пчелиные соты»), по которому остатки склеритов или щетинок в ископаемом состоянии легко узнать под микроскопом.
Исследования ультраструктуры, методы филогенетики и эволюционной биологии развития (evolutionary developmental biology, evo-devo) единогласно указывают, что щетинки и подобные им выросты гомологичны у всех представителей клады Trochozoa (все лофотрохозои кроме мшанок и близких к ним животных).
Их широкое распространение в этой группе вызывает горячие споры о систематической принадлежности многих проблемных окаменелостей и о том, кем были самые первые Trochozoa,- разъясняют «Элементы».
В пересказе указывается, что авторы статьи в Science указывают на «два возможных сценария того, как Aculifera исходно обзавелись склеритомом».
«Согласно первому он унаследован от общего предка всех моллюсков и позднее утрачен у моллюсков с раковиной (Conchifera).
Согласно второму Aculifera наряду с виваксидами независимо от других моллюсков приобрели свой развитый спинной склеритом,- рассказывается в пересказе.
«Элементы» задаются вопросом: как же, собственно, вписывается в эту эволюционную картину шишания?
«Наличие рассеянного (то есть равномерного и не образующего пучки) склеритома и отсутствие раковины намекает на принадлежность «нового» моллюска к Aplacophora (сборная группа, включающая ямкохвостых и бороздчатобрюхих, не обязательно монофилетическая).
Однако из следующих периодов палеозоя — ордовика и силура — известны безногие представители этой группы, которые имели раковину с восемью и семью спинными щитками, соответственно.
Более того, от прочих Aplacophora (в том числе современных) шишанию отличает развитые нога и мантийная полость, сближающие ее с современными хитонами и моноплакофорами (неопилинами).
Это противоречит ее принадлежности к Aplacophora, которые скорее всего отделились от их общего с хитонами предка лишь на рубеже кембрия и ордовика.
Хотя склериты S. aculeata были такими же полыми, как у ряда Aculifera, они не имели у основания характерного для них тонкого стебелька, а низкая рельефность склеритома говорит об отсутствии минерализации. У S. aculeata не было раковины, так что она скорее не входит в кроновую группу моллюсков, ведь у вымерших общих предков Aculefera и Conchifera присутствовала монолитная раковина (из единственного щитка).
Происхождение раковины моллюсков по-прежнему предмет дискуссии, однако данные эмбриологии указывают на ее глубокую гомологию с щетинками, несмотря на очевидные внешние различия между этими структурами.
Вывод подтверждают примеры Siphogonuchites и Maikhanella, которые жили в кембрийском периоде и близки к Halkeria: считается, что раковины этих животных образовались из слившихся склеритов.
Такие животные вполне могут представлять самую древнюю стволовую группу моллюсков. Шишания, в свою очередь, напрямую подтверждает, что склеритом Aculifera имеет очень древнее происхождение и лишь позднее был утрачен Conchifera,- отмечается в пересказе.
Однако картина до конца пока не прояснена, поскольку «в то же время микроскопическое строение шипов S. aculeata соответствует хитиновым структурам Aculifera, которые создают клетки с микроворсинками при последующей минерализацией их поверхности».
«Авторы пришли к выводу, что полые неминерализованные склериты моллюска S. aculeata можно считать недостающим звеном, чем-то средним между типичными щетинками аннелид и склеритами моллюсков.
Новая находка стала дополнительным аргументом в пользу того, что общих предок Lophotrochozoa, — в дальнейшей чрезвычайно непохожих друг на друга животных, — имел плотный покров из хитиновых выростов, который выполнял защитную функцию.
Любопытно отметить, что у современных животных по-прежнему прослеживается разнообразие адаптаций на основе щетинок, склеритов и раковин.
Упростивших свою организацию ямкохвостых и бороздчатобрюхих помимо отсутствия раковины объединяют как раз-таки склериты из карбоната кальция на поверхности тела.
Экстремофильный моллюск Chrysomallon squamiferum помимо скелета из сульфида железа примечателен сочетанием «традиционной» для брюхоногих раковины со склеритами на ноге.
Можно сказать, что его броня — это одновременно «щит и кольчуга», причем железные.
С другой стороны, еще в кембрии отделившиеся от общего с моллюсками предка аннелиды (а именно полихеты клады Sedentaria) также могут иметь скелет из карбоната кальция.
Однако тот имеет форму трубки и стоит червю подвижности, ведь его владелец ведет прикрепленный образ жизни.
Другие полихеты, такие как морские мыши и другие афродитовые (Aphroditidae) со спинной стороны густо покрыты нужными для защиты щетинками, которые аннелиды обычно используют для передвижения,- повествуют «Элементы» .
И - завершают пересказ ударным выводом: «ранее афродитовых не раз сравнивали с Wiwaxia, однако описание S. aculeata заставляет думать, что новый древний моллюск по жизненной форме к этим червям еще ближе».