히드라 (유전자)

Hydra (genus)
이 기사는 수생 동물에 관한 것이다. 신화 속의 괴물은 레르내안 하이드라를 보라. 다른 용도는 Hydra(동음이의)를 참조하십시오.
히드라
Hydra-Foto.jpg
하이드라 종
과학적 분류 e
왕국: 애니멀리아
망울: 신이다리아
클래스: 하이드로조아
순서: 안토아테카타
패밀리: 히드리다과
다나로1846번길
속: 히드라
리나이어스, 1758년[1]
종[1]
리스트
  • * 하이드라 바이칼렌시스 스와르체우스키, 1923년
  • * 하이드라 베이징엔시스 팬, 2003년
  • * 하이드라 캐나덴시스 로완, 1930년
  • * 하이드라 콜리쿨라타 하이먼, 1938년
  • * 하이드라 환각카 슐제, 1914년
  • * 하이드라 다칭엔시스 팬, 2000년
  • * 하이드라 에티오피아에 힉슨, 1930년
  • * 하이드라 해들리 (Forrest, 1959년)
  • * 하이드라 하얼빈엔시스 팬앤시, 2003년
  • * 하이드라 하이마네 해들리 & 포레스트, 1949년
  • * 하이드라 이헤링기 코데로, 1939년
  • * 하이드라 인타바 유어, 1948년
  • * 하이드라 인터미디어 데 카르발호 울레, 1978년
  • * 하이드라 자포니카 Itô, 1947
  • * 하이드라 자바니카 슐제, 1929년
  • * 하이드라 리리오소마 캠벨, 1987년
  • * 하이드라 마다가스카리엔시스 캠벨, 1999
  • * 하이드라 마젤라니카 슐제, 1927년
  • * 하이드라 마리아나 콕스 & 영, 1973년
  • * 하이드라 미니마 포레스트, 1963년
  • * 하이드라 모헨시스 팬 & 시, 1999
  • * 하이드라 올리고티스 팔라스, 1766년
  • * 하이드라 오레고나 그리핀 & 피터스, 1939년
  • * 하이드라 옥시크니다 슐제, 1914년
  • * 하이드라 팔루디콜라 Itô, 1947
  • * 하이드라 파라넨시스 세르노스비토프, 1935년
  • * 하이드라 파바 이타, 1947년
  • * 하이드라 플라기데스미카 디오니, 1968년
  • * 하이드라 폴리모르파 첸&왕, 2008년
  • * 하이드라 로부스타 (It19, 1947)
  • * 하이드라 러트거센시스 포레스트, 1963년
  • * 하이드라 살마키디스 랭 다 실베이라 외, 1997년
  • * 하이드라 시넨시스 왕 외, 2009년
  • * 하이드라 톰세니 코데로, 1941년
  • * 하이드라 움풀라 유어, 1948년
  • * 하이드라 우타헨시스 하이만, 1931년
  • * 하이드라 비리디시마 팔라스, 1766년
  • * 하이드라 베로니스 팔라스, 1766년
  • * 하이드라 자일란디카 버트, 1929년
  • * 하이드라 주장엔시스 류앤왕, 2010년

하이드라(/hahadrdr//HY-dr))는 망상 씨니다리아(Cnidaria)와 하이드로조아(Hydrozoa)급의 작은 담수생물의 속이다. 그들은 온대지방과 열대지방이 원산지다.[2][3] 생물학자들은 특히 그들의 재생 능력 때문에 하이드라에 관심을 가지고 있다; 그들은 노환으로 죽거나 전혀 늙지 않은 것처럼 보인다.

형태학

방전된 네마토시스트의 개략도

히드라는 관 모양의 반지름 대칭 몸체를 가지고 있으며, 확장 시 길이가 10mm(0.39인치)에 이르며, 기저 디스크라고 알려진 간단한 접착식 발에 의해 고정된다. 기저 디스크의 선세포는 접착 성질을 설명하는 끈적끈적한 액체를 분비한다.

신체의 자유 끝에는 1에서 12개의 얇고 움직이는 촉수로 둘러싸인 입이 벌어진다. 각 촉수, 즉 cnida과(plural: cnidae)는 cnidocells라고 불리는 매우 전문화된 침 세포를 입는다. cnidocomethes는 안에 코일 실이 있는 미니어처 전구처럼 생긴 네마토시스라고 불리는 특수한 구조를 가지고 있다. 신포세포의 좁은 바깥쪽 가장자리에는 신포실이라 불리는 짧은 방아 털이 있다. 먹이와 접촉하면, 네마토시스트의 내용물이 폭발적으로 방전되어 신경독소가 들어 있는 다트 같은 실을 방출의 계기가 된 것으로 발사한다. 이것은 먹이를 마비시킬 수 있으며, 특히 수백 개의 신물질 세포가 발사될 경우 더욱 그러하다.

히드라는 두 개의 주요 신체 층을 가지고 있는데, 이것은 그것을 "다중성"으로 만든다. 층은 젤과 같은 물질인 메소글레아로 분리되어 있다. 외층은 표피로, 내층은 위를 일렬로 늘어놓기 때문에 위피라고 한다. 이 두 개의 체층을 구성하는 세포는 비교적 간단하다. 히드라마신은[4] 최근 히드라에서 발견된 박테리사이드로, 외부층을 감염으로부터 보호해준다. 하나의 히드라는 5만개에서 10만개의 세포로 구성되어 있는데, 이 세포들은 많은 다른 종류의 세포들을 만들어낼 3개의 특정 줄기세포 집단으로 구성되어 있다. 이 줄기 세포들은 몸통에서 계속해서 스스로를 재생시킬 것이다.[5] 하이드라는 몸에 "머리"와 "발"이라는 두 가지 중요한 구조를 가지고 있다. 히드라가 반으로 잘렸을 때, 각각의 절반은 재생되어 작은 히드라가 될 것이다; "머리"는 "발"을 재생하고 "발"은 "머리"를 재생할 것이다. 만약 히드라가 많은 부분들로 잘려진다면, 중간 조각들은 "머리"와 "발" 모두를 형성할 것이다.[6]

호흡과 배설은 표피 표면 전체에 퍼지면서 발생하는 반면, 더 큰 배설물은 입을 통해 배출된다.[7][8]

신경계

히드라의 신경계는 신경망으로, 보다 파생된 동물 신경계에 비해 구조적으로 단순하다. 히드라는 인지할 수 있는 뇌나 진정한 근육을 가지고 있지 않다. 신경망은 체벽과 촉수에 위치한 감각 광수용체와 촉감에 민감한 신경세포를 연결한다.

신경망의 구조는 두 가지 수준을 가지고 있다.

  • 레벨 1 – 감각 세포 또는 내부 세포 및,
  • 레벨 2 – 상피 세포 또는 운동 세포와 상호 연결된 갱도 세포가 일치한다.

어떤 것들은 단지 두 장의 뉴런만 가지고 있다.[9]

운동과 운동

기질에 부착된 하이드라

하이드라가 경각심을 느끼거나 공격받으면 촉수는 작은 싹으로 후퇴할 수 있고, 몸통 기둥 자체가 작은 젤라틴 구덩이로 후퇴할 수 있다. 히드라는 일반적으로 자극의 방향과 상관없이 같은 방식으로 반응하는데, 이는 신경망의 단순함 때문일 것이다.

히드라는 일반적으로 좌식이나 sessile이지만, 때때로 꽤 쉽게 움직인다. 특히 사냥할 때는 더욱 그렇다. 그들은 움직이는 두 가지 뚜렷한 방법을 가지고 있다: '루핑'과 '스머슬링'이다. 이를 구강과 촉수로 기질에 몸을 굽혀 붙인 다음 발을 재배치하여 통상적인 부착을 제공하는데, 이 과정을 루핑이라고 한다. 공중제비를 할 때, 몸은 구부러지고 발로 새로운 부착 장소를 만든다. 이 "루핑" 혹은 "소머슬링"의 과정에 의해, 히드라는 하루에 몇 인치 (c. 100 mm)를 움직일 수 있다. 히드라는 또한 그들의 베이스의 아메보이드 운동으로 움직이거나 기질에서 분리되어 전류를 타고 떠내려갈 수도 있다.

생식과 수명주기

하이드라버딩:
  1. 비복제
  2. 싹 만들기
  3. 딸자식
  4. 갈라지기 시작
  5. 딸이 헤어졌다.
  6. 부모의 딸 클론

식량이 풍부하면 많은 히드라가 싹을 틔워 무성 생식을 한다. 꽃봉오리는 몸벽에서 형성되어 미니어처 성인으로 성장하며 성숙하면 흩어진다.

히드라가 잘 먹이면 이틀에 한 번씩 새로운 싹이 생길 수 있다.[10] 조건이 가혹할 때, 종종 겨울 전이나 열악한 먹이 조건에서 성적인 번식이 일부 히드라에서 일어난다. 체벽의 부은 난소나 고환으로 발전한다. 고환들은 자유 수영을 하는 생식체를 물에 방출하고, 이것들은 다른 사람의 난소에 있는 난자를 수정시킬 수 있다. 수정란은 단단한 외피를 분비하고, 성충이 사망할 때(기근이나 추위로 인해), 이 휴식하는 알들은 더 나은 조건을 기다리기 위해 호수나 연못 바닥으로 떨어지며, 그곳에서 히드라 님프로 부화한다. 히드라의 일부 종은 히드라의 원근경색기나 히드라의 비리디시마와 같이 헤르마프로디테스[11](hermaphrodites)이며 고환과 난소를 동시에 생산할 수도 있다.

하이드로조아의 많은 구성원들이 용종에서 메두사라고 불리는 성인형태로 신체변화를 겪는데, 보통은 성생식이 일어나는 생활단계지만 히드라는 용종 단계를 넘어서 진척되지 않는다.[12]

먹이 주기

히드라는 주로 다프니아와 키클롭스와 같은 수생 무척추동물을 먹고 산다.

먹이를 주는 동안 히드라는 그들의 몸을 최대 길이로 확장시킨 다음 천천히 촉수를 뻗는다. 그들의 단순한 구조에도 불구하고 히드라의 촉수는 비범하게 확장 가능하며 몸길이의 4~5배가 될 수 있다. 일단 완전히 확장되면, 촉수는 적절한 먹이 동물과 접촉을 기다리며 천천히 움직인다. 접촉하면 촉수에 달린 네마토피스트들이 먹잇감으로 불을 뿜고 촉수 자체가 먹잇감 주위를 감싼다. 30초 안에 남은 촉수 대부분이 이미 공격에 가담해 고군분투하는 먹이를 제압할 것이다. 2분 안에 촉수는 먹이를 에워싸고 벌어진 입구멍으로 옮겼을 것이다. 10분 안에 먹잇감이 체내 충치 속에 잠기면서 소화가 시작될 것이다. 히드라는 먹이를 2배 이상 소화시키기 위해 그들의 몸벽을 상당히 늘릴 수 있다. 2, 3일이 지나면 소화가 잘 안 되는 먹이의 잔해가 수축 과정을 통해 입구멍을 통해 배출된다.[citation needed]

히드라의 먹이 주는 행동은 단순한 신경계로 보이는 것의 정교함을 보여준다.

히드라의 어떤 종들은 다양한 종류의 단세포 조류와 상호관계로 존재한다. 해조류는 하이드라에 의해 포식자로부터 보호되며, 그 대가로 해조류로부터 나온 광합성 물질은 하이드라의 식량원으로서 유익하다.

공급 반응 측정

글루타티온을 첨가하면 히드라에 퍼진 촉수가 감소한다.

히드라의 먹이 반응은 (특히 GSH로 감소된 상태에 있는) 글루타티온에 의해 유도된다.[13] 공급 반응의 계량화를 위해 일반적으로 사용되는 몇 가지 방법이 있다. 일부에서는 입이 열린 상태를 유지하는 기간을 측정한다.[14] 다른 방법들은 글루타티온을 첨가한 후 먹이 반응을 보이는 소수의 인구 중 히드라의 수를 세는 것에 의존한다.[15] 최근 히드라의 먹이 반응을 측정하는 측정법이 개발되었다.[16] 이 방법에서 촉수 끝과 히드라의 입 사이의 선형 2차원 거리는 먹이 반응의 정도를 직접 측정하는 것으로 나타났다. 기아로 인해 히드라의 먹이 반응이 개선되는 것으로 알려져 있기 때문에 이 방법은 기아 모델을 사용하여 검증되었다.[16]

포식자

하이드라 올리고티 종은 편평충 마이크로스토름 라인아레의 먹잇감이 된다.[17][18]

조직재생

하이드라는 부상이나 절단 시 형태축(재생의 문제)을 겪는다. 전형적으로, 하이드라는 완전히 새로운 개인을 싹트게 함으로써 번식을 할 것이다; 그 싹은 신체 축을 따라 내려가는 거리의 3분의 2 정도에 생길 것이다. 히드라가 반으로 잘렸을 때, 각각의 절반은 재생되어 작은 히드라가 될 것이다; "머리"는 "발"을 재생하고 "발"은 "머리"를 재생할 것이다. 이 재생은 세포분열 없이 일어난다. 만약 히드라가 많은 부분으로 잘려진다면, 중간 조각들은 "머리"와 "발"을 둘 다 형성할 것이다.[6] 재생의 극성은 위치 값 구배 두 쌍으로 설명된다. 머리와 발 활성화와 억제 구배가 있다. 머리 활성화와 억제는 발 구배 쌍의 반대 방향으로 작용한다.[19] 이러한 그라데이션에 대한 증거는 1900년대 초반에 접목 실험으로 나타났다. 두 구배 모두에 대한 억제제는 싹 형성을 막는 데 중요한 것으로 나타났다. 봉오리가 형성될 위치는 머리와 발 모두에 대해 그라데이션이 낮은 곳이다.[6] 하이드라는 몸에서 나온 조직 조각으로부터 재생할 수 있으며, 조직들이 재집합으로부터 분리된 후에 추가로 재생할 수 있다.[19]

비노센스

대니얼 마르티네즈는 1998년 <실험적 노인학> 기고문에서 히드라는 생물학적으로 불멸이라고 주장했다.[20] 이 간행물은 히드라가 노화를 하지 않는다는 증거로서 널리 인용되어 왔으며, 일반적으로 노화를 하지 않는 유기체의 존재에 대한 증거라고 할 수 있다. 2010년 프레스턴 에스텝은 (실험적 노인학에도) 편집자에게 보내는 편지를 발표했는데, 마티네즈 데이터는 히드라가 분별하지 않는다는 가설을 반박한다고 주장한다.[21]

논란이 되고 있는 히드라의 무제한 수명은 과학자들로부터 많은 관심을 끌었다. 오늘날 연구는 마르티네즈의 연구를 확인하는 것으로 보인다.[22] 히드라 줄기세포는 무기한 자기 재생 능력이 있다. 전사 인자 "포크헤드 박스 O"(FoxO)는 히드라의 지속적인 자기 갱신의 결정적 동력으로 확인되었다.[22] 실험에서, 인구 증가율이 급격히 감소한 것은 FoxO의 규제 완화에서 비롯되었다.[22]

쌍방향 대칭 유기체(다변측정학)에서 전사인자 FoxO는 스트레스 반응, 수명, 줄기세포의 증가에 영향을 미친다. 과일파리, 네마토드와 같은 다변측정학 모델 유기체에서 이 전사 인자를 쓰러뜨리면 수명이 크게 줄어든다. H. borginis (망울 씨니다리아의 방사상으로 대칭되는 부재)에 대한 실험에서, FoxO 수치가 감소했을 때, 히드라의 많은 주요 특징에 부정적인 영향이 있었지만, 사망이 관찰되지 않았기 때문에, 다른 요소들이 이러한 생물들의 명백한 노화 부족에 기여할 수 있다고 여겨진다.[5]

게노믹스

지난 10년 동안 행해진 직교 비교 분석은 히드라가 인간과 최소 6,071개의 유전자를 공유하고 있다는 것을 보여주었다. 히드라는 점점 더 많은 유전적 접근법을 이용할 수 있게 되면서 점점 더 나은 모델 시스템이 되고 있다.[5] 히드라 마그니파필라타 게놈 초안이 2010년에 보고되었다.[23]

cnidarians의 게놈은 약 300Mb의 게놈 크기를 가진 히드라 비리디시마에서처럼 보통 크기가 500Mb 미만이다. 이와는 대조적으로, 갈색 하이드라의 게놈의 크기는 대략 1Gb이다. 브라운 하이드라 게놈은 특히 CR1 클래스의 단일 계열인 전이 가능한 원소의 일종인 LINEs를 수반하는 확장 이벤트의 결과물이기 때문이다. 이 팽창은 하이드라 속종의 이 부분군에만 있는 것으로, 다른 신식주의자들과 유사한 반복적인 풍경을 가진 녹색 하이드라에는 존재하지 않는다. 이러한 게놈 특성은 히드라를 트랜스폰 주도의 분화와 게놈 확장에 대한 연구에 매력적으로 만든다.[24]

참고 항목

참조

  1. ^ a b Schuchert P (2011). Schuchert P (ed.). "Hydra Linnaeus, 1758". World Hydrozoa database. World Register of Marine Species. Retrieved 20 December 2011.
  2. ^ Gilberson L (1999). Zoology Lab Manual (4th ed.). Primis Custom Publishing.
  3. ^ Solomon E, Berg L, Martin D (2002). Biology (6th ed.). Brooks/Cole.
  4. ^ Jung S, Dingley AJ, Augustin R, Anton-Erxleben F, Stanisak M, Gelhaus C, Gutsmann T, Hammer MU, Podschun R, Bonvin AM, Leippe M, Bosch TC, Grötzinger J (January 2009). "Hydramacin-1, structure and antibacterial activity of a protein from the basal metazoan Hydra". The Journal of Biological Chemistry. 284 (3): 1896–905. doi:10.1074/jbc.M804713200. PMID 19019828. S2CID 3887876.
  5. ^ a b c Tomczyk S, Fischer K, Austad S, Galliot B (January 2015). "Hydra, a powerful model for aging studies". Invertebrate Reproduction & Development. 59 (sup1): 11–16. doi:10.1080/07924259.2014.927805. PMC 4463768. PMID 26120246.
  6. ^ a b c Gilbert SF (2000). "Regeneration". Developmental Biology (6th ed.).
  7. ^ "Olympus Microscopy Resource Center Pond Life Video Gallery – Hydra (Coelenterata)". olympus.magnet.fsu.edu. Retrieved 21 September 2019.
  8. ^ Cantor, Marvin H.; Rahat, Menachem (1982). "Regulation of Respiration and Photosynthesis in Hydra viridis and in Its Separate Cosymbionts: Effect of Nutrients". Physiological Zoology. The University of Chicago Press. 55 (3): 281–288. doi:10.1086/physzool.55.3.30157891. ISSN 0031-935X. JSTOR 30157891. S2CID 86961916.
  9. ^ Ji N, Flavell SW (April 2017). "Hydra: Imaging Nerve Nets in Action". Current Biology. 27 (8): R294–R295. doi:10.1016/j.cub.2017.03.040. PMID 28441559.
  10. ^ Patton WK (August 2014). "Hydra (coelenterate)". Grolier Multimedia Encyclopedia. Grolier Online.
  11. ^ Holstein T, Emschermann P (1995). Cnidaria: Hydrozoa Süsswasserfauna von Mitteleuropa. Bd 1/2+ 3. Stuttgart: Spektrum Akademischer Verlag. ISBN 978-3-8274-0836-5.
  12. ^ Hickman, Cleveland P., Jr. (2019). Integrated principles of zoology (Eighteenth ed.). New York, NY. ISBN 978-1-260-20519-0. OCLC 1097367369.{{cite book}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)
  13. ^ Loomis WF (October 1955). "Glutathione control of the specific feeding reactions of hydra". Annals of the New York Academy of Sciences. 62 (9): 211–27. Bibcode:1955NYASA..62..211L. doi:10.1111/j.1749-6632.1955.tb35372.x. S2CID 85570550.
  14. ^ Bellis SL, Laux DC, Rhoads DE (November 1994). "Affinity purification of Hydra glutathione binding proteins". FEBS Letters. 354 (3): 320–4. doi:10.1016/0014-5793(94)01154-0. PMID 7957948. S2CID 29262166.
  15. ^ Venturini G (1987). "The hydra GSH receptor. Pharmacological and radioligand binding studies". Comparative Biochemistry and Physiology. C, Comparative Pharmacology and Toxicology. 87 (2): 321–4. doi:10.1016/0742-8413(87)90015-6. PMID 2888575.
  16. ^ a b Kulkarni R, Galande S (November 2014). "Measuring glutathione-induced feeding response in hydra". Journal of Visualized Experiments (93): e52178. doi:10.3791/52178. PMC 4354099. PMID 25490534.
  17. ^ Krohne, Georg (2018). "Organelle survival in a foreign organism: Hydra nematocysts in the flatworm Microstomum lineare". European Journal of Cell Biology. 97 (4): 289–299. doi:10.1016/j.ejcb.2018.04.002. ISSN 1618-1298. PMID 29661512.
  18. ^ Krohne, Georg (2020). "Hydra nematocysts in the flatworm Microstomum lineare: in search for alterations preceding their disappearance from the new host". Cell and Tissue Research. 379 (1): 63–71. doi:10.1007/s00441-019-03149-w. ISSN 1432-0878. PMID 31848750. S2CID 209380951.
  19. ^ a b Fujisawa T (February 2003). "Hydra regeneration and epitheliopeptides". Developmental Dynamics. 226 (2): 182–9. doi:10.1002/dvdy.10221. PMID 12557197. S2CID 26953455.
  20. ^ Martínez DE (May 1998). "Mortality patterns suggest lack of senescence in hydra". Experimental Gerontology. 33 (3): 217–25. doi:10.1016/S0531-5565(97)00113-7. PMID 9615920. S2CID 2009972.
  21. ^ Estep PW (September 2010). "Declining asexual reproduction is suggestive of senescence in hydra: comment on Martinez, D., "Mortality patterns suggest lack of senescence in hydra." Exp Gerontol 33, 217–25". Experimental Gerontology. 45 (9): 645–6. doi:10.1016/j.exger.2010.03.017. PMID 20398746. S2CID 35408542.
  22. ^ a b c Boehm AM, Khalturin K, Anton-Erxleben F, Hemmrich G, Klostermeier UC, Lopez-Quintero JA, Oberg HH, Puchert M, Rosenstiel P, Wittlieb J, Bosch TC (November 2012). "FoxO is a critical regulator of stem cell maintenance in immortal Hydra". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (48): 19697–702. Bibcode:2012PNAS..10919697B. doi:10.1073/pnas.1209714109. PMC 3511741. PMID 23150562.
  23. ^ Chapman JA, Kirkness EF, Simakov O, Hampson SE, Mitros T, Weinmaier T, et al. (March 2010). "The dynamic genome of Hydra". Nature. 464 (7288): 592–6. Bibcode:2010Natur.464..592C. doi:10.1038/nature08830. PMC 4479502. PMID 20228792.
  24. ^ Wong, WY; Simakov, O; Bridge, DM; Cartwright, P; Bellantuono, AJ; Kuhn, A; Holstein, TW; David, CN; Steele, RE; Martínez, DE (2019). "Expansion of a single transposable element family is associated with genome-size increase and radiation in the genus Hydra". Proc Natl Acad Sci U S A. 116 (46): 22915–22917. doi:10.1073/pnas.1910106116. PMC 6859323. PMID 31659034.