Морские анемоны что это
Морской анемон
Морской анемон — это хищное беспозвоночное животное, лишенное скелета, которое живет под водой. По форме тела это животное напоминает цветок анемона, отсюда оно и получило свое название.
Морские анемоны обычно склонны прикрепляться к твердым объектам в океане или море и ждут, пока морское животное проплывет мимо, чтобы уцепиться за него щупальцами. Их щупальца имеют жабры, которые являются ядовитыми. Щупальца направляют пойманную рыбу или другую добычу в рот морского анемона. Морские анемоны считаются плотоядными и могут иметь диаметр от половины дюйма до шести футов. Некоторые виды морских анемонов могут жить до 50 лет. Они двигаются, плавая или делая медленные движения с помощью центральной дискообразной части тела. Некоторые морские анемоны не прикрепляются к объектам и вместо этого плавают вверх дном в воде с помощью воздушной камеры, расположенной в их теле.
Хотя морские анемоны в основном ядовиты только для их добычи, некоторые виды, как известно, очень токсичны и для человека. Некоторые из них даже потенциально смертельны для людей из-за их токсинов.
Морские анемоны по внешнему виду похожи на медузы и кораллы.
Морской анемон состоит из диска (ступни), тела цилиндрической формы и множества щупалец, которые тянут добычу в центральную часть животного.
Требуется лишь незначительное прикосновение к морскому анемону, чтобы вызвать реакцию щупалец. Любое прикосновение активизирует щупальца, которые пронзают тело жертвы иглой, которая вводит токсины. Это парализует добычу, и затем щупальца могут направлять беспомощную добычу в ожидающий рот морского анемона.
По оценкам, в мире насчитывается более 1000 разновидностей морских анемонов, обитающих на разных глубинах в океанах.
Некоторые морские анемоны приспособились жить в холодной воде, но большинство видов предпочитает более теплые тропические воды.
Самые большие из морских анемонов обитают в более теплых прибрежных водах.
Морские анемоны питаются зоопланктоном, мидиями, рыбой, креветками и другими мелкими ракообразными, крошечными морскими личинками, червями и любым другим «мясом», которое они могут найти.
Некоторые раки-отшельники прикрепляют морские анемоны к раковинам, чтобы обеспечить себе маскировку.
Морские анемоны — беспозвоночные, и у них нет скелета.
Морские анемоны могут размножаться либо путем полового размножения, либо путем латерального деления. Латеральное деление включает прорастание идентичного морского анемона из тела взрослой особи.
Некоторые морские анемоны живут в симбиозе с зелеными водорослями. Анемон обеспечивает зеленые водоросли безопасным местом и воздействием света, в то время как водоросли обеспечивают анемонов пищей в форме сахара и кислородом посредством фотосинтеза.
Морские анемоны также живут среди рыб-клоунов, у которых есть слой слизи, который защищает их от укуса анемона. Рыбы-клоуны живут среди щупальцев морского анемона, а морской анемон ест отходы, оставленные рыбой-клоуном. Рыбки-клоуны также помогают очищать щупальца анемона.
Морской анемон питается пищей и выделяет отходы жизнедеятельности через одно и то же отверстие.
Актиния: характерные особенности и образ жизни
Свое второе название — морской анемон — актиния получила за необыкновенную красоту. Этот морской обитатель и в самом деле похож на прекрасный цветок. В отличие от других коралловых полипов, актиния имеет мягкое тело. Согласно биологической классификации, актинии — тип кишечнополостных, класс коралловых полипов. Они состоят в близком родстве с медузами.
Актиния имеет мягкое тело по сравнению с другими коралловыми.
Описание актинии
Чтобы определить, актиния — это животное или растение, необходимо изучить особенности ее строения. Актиния относится к царству животных. Тело ее имеет цилиндрическую форму. Сверху оно украшено венчиком из щупалец.
Внешние черты
Морские анемоны отличаются разнообразием окрасок. В природе встречаются разновидности всех цветов и оттенков. Многие разновидности имеют контрастную окраску щупалец, что делает этих животных еще более привлекательными.
Размеры этих кишечнополостных также поражают разнообразием:
Строение тела
Основная часть тела — ножка — состоит из мышц, которые расположены по кольцу и продольно. Благодаря сокращениям этих мышц полип может изгибаться и изменять свою длину. На нижней части ножки имеется так называемая подошва. Ее поверхность у разных видов устроена по-разному. Одни с помощью подошвы «укореняются» в рыхлом грунте, другие выделяют особое вещество, с помощью которого прикрепляются к твердым поверхностям. У рода Minyas подошва снабжена пневмоцистой — особым пузырем, который выполняет роль поплавка и позволяет плавать подошвой кверху.
Мышечные волокна ножки окружены межклеточным веществом мезоглеей, которое имеет плотную хрящевидную консистенцию и придает телу упругость.
На верхней части тела имеется ротовой диск, вокруг которого располагаются в несколько рядов щупальца. В одном ряду все щупальца одинаковые, но в разных рядах они могут существенно отличаться по внешнему виду и структуре. Каждая щупальца снабжена стрекательными клетками, которые выбрасывают тонкие ядовитые ниточки.
Ротовой диск ведет в глотку, а оттуда открывается проход в гастральную полость — примитивное подобие желудка. Нервная система у морского анемона очень проста, она представлена скоплениями чувствительных нейронов вокруг ротового диска и в области подошвы:
Места обитания
Актиния — кишечнополостный организм, распространенный во всем мире. Больше всего разновидностей можно встретить в тропических широтах, но отдельные виды обитают даже в приполярных районах, где температура окружающей среды весьма низкая. В Северном Ледовитом океане живет вид метридиум, или морская гвоздика.
Глубина обитания животного также поражает своим разнообразием. Актиния может жить и в зоне прибоя, где попадает на сушу в часы отлива, и в самых глубинах морей и океанов. Отдельные виды приспособились выживать на глубине более 1000 метров. В водах Черного моря обнаружено 4 вида этих полипов, а в Азовском море — 1 вид.
Мелководные обитатели часто зависят от процессов фотосинтеза, поскольку в их щупальцах поселяются микроскопические водоросли. Эти разновидности распространены в местах с хорошим освещением и проявляют активность в светлое время суток.
Другие разновидности, напротив, не любят яркий свет и стремятся уйти на глубину.
Образ жизни и питание
Питается актиния органической пищей. Свою добычу эти полипы могут ловить и воспринимать по-разному:
«Проголодавшийся» морской анемон широко раскрывает свои щупальца-лучи и ловит все, что проплывает мимо него. После того как актиния насытится, она сворачивает щупальца в комок и прячет их. Такая же реакция отмечается при пересыхании или приближении опасности.
Всех актиний принято разделять на три разновидности:
Сидячие разновидности названы так достаточно условно, поскольку они способны медленно двигаться. Перемещаться полипы начинают тогда, когда им мало пищи, слишком мало или слишком много света. Движение может осуществляться несколькими способами:
Роющие актинии бо́льшую часть времени сидят, закопавшись в грунт так, что снаружи остается только венчик. Для того чтобы сделать себе нору, животное набирает воду в гастральную полость и перекачивает ее, углубляясь таким способом в почву.
Плавающие разновидности удерживаются на воде и отдаются силе течения. Они могут ритмично двигать щупальцами или пользуются пневмоцистами.
Перемещаться полипы начинают тогда, когда им мало пищи, слишком мало или слишком много света.
Способы размножения
Размножение морских анемонов происходит разными способами. При бесполом способе тело полипа делится в продольном направлении с образованием двух особей. Исключение составляет гонактиния — наиболее примитивный вид, который делится поперечно. На середине ножки полипа образуется второе ротовое отверстие, затем происходит образование двух отдельных особей.
Некоторые организмы размножаются почкованием от нижней части ножки с образованием нескольких новых особей.
Эти кишечнополостные в большинстве своем раздельнополые, хотя по внешним признакам отличить друг от друга самца и самку бывает невозможно. Половое размножение происходит следующим образом:
Актинии могут размножаться как половым, так и бесполым способом.
Взаимодействие с другими организмами
Хотя актинии относятся к типу одиночных полипов, в некоторых ситуациях эти организмы могут скапливаться и образовывать гигантские колонии. Большая часть морских анемонов относится к себе подобным безразлично, хотя отдельные виды могут быть весьма агрессивны и неуживчивы.
С другими видами морских животных и растений актиния может очень тесно сосуществовать. Распространенным примером является симбиоз с рыбой-клоуном. Актиния «доедает» добычу за рыбкой, а та, в свою очередь, очищает полип от мусора и остатков пищи.
Часто в роли симбионтов выступают мелкие креветки: они прячутся от врагов среди щупалец актинии и одновременно очищают от органических остатков и мусора.
Актинии адамсии способны жить только в симбиозе с раками-отшельниками, которые прикрепляют полипов на свои раковины. При этом актиния располагается таким образом, чтобы ее ротовой диск был направлен вперед и в него попадали пищевые частицы. Рак, в свою очередь, получает надежную защиту от хищников. Меняя раковину, отшельник перенесет на новое «жилище» и актинию. Если же рак каким-то образом теряет «своего» полипа, он может даже отнять его у сородича. Такое существование приносит пользу обоим биологическим видам.
Звёзды, актинии и лекарства
Звёзды, актинии и лекарства
Плавающая актиния и вещество, заставляющая ее совершать столь необычные движения — главные герои этой статьи.
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Современную медицину невозможно представить без антибиотиков, антител, вторичных метаболитов растений. Но всё это довольно стандартные соединения, использующиеся уже давно. Не пора ли начать поиск новых решений старых проблем в такой кладовой биоразнообразия и самых необычных существ и взаимодействий, как океан? Может быть, именно в его синих глубинах человечество найдет ответы на самые острые вопросы, стоящие перед современной медициной.
Конкурс «био/мол/текст»-2018
Эта работа опубликована в номинации «Биофармацевтика» конкурса «био/мол/текст»-2018.
Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Спонсором приза зрительских симпатий выступил медико-генетический центр Genotek.
Хищник и жертва?
Где-то далеко на севере, подо льдами Северного Ледовитого океана при температуре, часто опускающейся ниже нуля, идет немая охота. Морская звезда Dermasterias imbricata ищет свою добычу: других морских звезд, морских ежей, огурцов, морские перья и гидроидных полипов. Недостаточно защищенные или быстрые жертвы неминуемо гибнут во рту этого хищника. Все, кроме одной актинии. В процессе естественного отбора она приобрела способность, позволяющую ей эффективно спасаться от хищника. Как? Об этом чуть позже, для начала (голос Дроздова) давайте познакомимся с этими удивительными существами поближе.
Актинии, или морские анемоны, —
отряд морских кишечнополостных из класса коралловых полипов. Эти в большинстве своем сидячие животные лишены минерального скелета. В качестве защиты от хищников и одновременно в роли атакующей добычу части тела актинии используют длинные ловчие щупальца, усеянные стрекательными клетками. Интересны актинии тем, что могут состоять в симбиозе как с беспозвоночными (например, раками отшельниками), так и с позвоночными, ярким примером которых является рыба-клоун (амфиприон), приведенная на рисунке 1. Толерантность симбионтов к нейропаралитическому яду стрекательных клеток морских анемонов представляет широкую область для изучения биохимических процессов в их организмах.
Рисунок 1. Рыбы амфиприоны и морские анемоны — пример облигатного (обязательного) симбиоза. Актиния получает остатки трапезы рыб, тогда как устойчивые к токсину клоуны не опасаются врагов, прячась и даже откладывая икру в густых щупальцах полипа.
фотография автора статьи
Интерес представляет также необычный представитель актиний, перешедший к роющему образу жизни, — Nematostella vectensis (рис. 2).
Помимо прочего, актинии — одна из немногих групп беспозвоночных, у которых в таком количестве встречается явление флуоресценции (рис. 3). Именно из них в 1990-х были выделены основные флуоресцентные белки (впервые открытые в медузах [1–3]), сейчас получаемые из трансформированных бактерий.
Рисунок 3. Флуоресцирующие полипы актиний.
Морские звезды —
класс беспозвоночных типа иглокожих. Конкретно Dermasterias imbricata (рис. 4) относится к семейству Asteropseidae, все представители которого имеют широкое основание и пять коротких рук.
Рисунок 4. Dermasterias imbricata в своей естественной среде обитания. В центре диска заметен небольшой участок, свободный от сетчатости — именно там на поверхность выходит анальное отверстие.
Как и все иглокожие, морские звезды являются вторичноротыми, что сближает их с нами, позвоночными. Вторичноротость означает, что в процессе эмбрионального развития бластопор (первое появляющееся у бластулы отверстие), также именуемый первичным ртом, становится анальным отверстием, а просвет зародышевой кишки (вторичный рот) становится ротовым отверстием. Необходимо также отметить, что ротовое отверстие у иглокожих находится снизу, что вполне логично при их образе жизни: ползай себе по дну и ешь всех, кто попадется, а анальное отверстие — «сверху», в центре тела, над ротовым.
Кроме столь необычно устроенной пищеварительной системы, иглокожие обладают также амбулакральной системой, уникальной среди живого мира. Фактически — это гидравлическая замена мышечной системе, отсутствующей у этих животных (ее строение представлено на рисунке 5). Состоящая из каналов, сократительных ампул и присосок, она позволяет животным медленно, но довольно эффективно перемещаться по морскому дну.
Рисунок 5. Схема амбулакральной системы. 1 — вся система, вид сверху; 2 — две ножки (в) и ампулы (б), отвечающие за прилипание ножек к субстрату.
Расстановка сил
Итак, в красном углу ринга — морская звезда Dermasterias imbricata, свирепый хищник бентоса (то есть донного сообщества), поедающий все, что меньше него и не может укрыться.
В синем углу ринга — актиния Stomphia coccinea, на первый взгляд не сильно отличающаяся от своих собратьев из более теплых морей.
Но стóит морской звезде только приблизиться к этому животному, как стомфия буквально взмывает вверх и, совершая изгибающиеся движения, уплывает, уносимая течением далеко от опасного хищника (см. видео).
Звезда остается ни с чем.
Видео. Актиния, спасающаяся от морской звезды
Как же организм актинии получил такую возможность — отрываться от субстрата и переплывать на довольно значительные по меркам морского бентоса (в особенности по меркам неподвижных морских анемонов) расстояния? Здесь действовал обыкновенный движущий естественный отбор. Накопилось, по-видимому, несколько мутаций, позволяющих их обладателям:
Организмы-носители этих мутаций имели больше шансов оставить потомство и передать мутантные гены, дающие преимущества при встрече с хищником, что сдвинуло соотношение числа организмов-носителей к числу «организмов-консерваторов» в сторону первых.
Интереснее здесь иное: полип чувствителен не только к механическому касанию звезды, но и к метаболиту, выделяемому хищником — имбрикатину.
Имбрикатин
Впервые это вещество выделили и описали в далеком 1986 году канадские ученые из университета Британской Колумбии в Ванкувере [4]. По химической структуре имбрикатин является бензилтетрагидроквинолиновым алкалоидом (рис. 6). И здесь уже проявляется нестандартность этого соединения. Дело в том, что алкалоиды обычно выделяют из растений, в которых эти вещества зачастую являются ядовитыми вторичными метаболитами [5]. Чистый имбрикатин, выделенный при помощи хроматографии, представляет собой водорастворимый белый бесструктурный сухой порошок.
Рисунок 6. Структура молекулы имбрикатина, установленная с помощью метода масс-спектрометрии [6]
Интересно то, что структурный кор молекулы включает тетрагидроизоквинолин. Это вещество используется в антиопухолевых препаратах и лекарствах от таких болезней, как астма.
Позже, в 2015 году группа ученых под руководством Рэймонда Андерсена из того же университета Британской Колумбии сумела показать, что имбрикатин также работает как мощное противоопухолевое средство [7]. Коллектив, возглавляемый Андерсеном, занимается поиском и изучением «медицинской» активности веществ, выделяемых малоподвижными морскими беспозвоночными, такими как актинии и губки. Используя высокоточные методы скрининга, команда ученых тестирует множество молекул, проверяя, можно ли какие-то из них использовать в медицине.
Пока одни ищут, другие стараются синтезировать in vitro. Так канадский исследователь Инхи Чо фокусируется на химическом синтезе этого вещества [8]. Схожесть кора молекулы со структурой некоторых антиопухолевых препаратов подтолкнула ученого к исследованию пути синтеза в обход дорогостоящему и хлопотному выделению вещества из природного источника (морских звезд).
Лекарственное разнообразие океана
Однако морские звезды — не единственные представители морской фауны, метаболиты которых используются в медицине. Оболочники, губки, моллюски черви и даже рыбы предоставляют широкий спектр веществ, имеющих потенциал для лечения не только рака. Все перспективные препараты можно разделить на четыре группы по стадии разработки, на которой они находятся. Далее мы рассмотрим наиболее интересные вещества из каждой группы, выделенные из морских организмов.
Клинические исследования
Существует четыре фазы клинических испытаний:
Подробнее об этом можно почитать в спецпроекте «Клинические исследования» на «Биомолекуле» [9], [10].
Бо́льшая часть всех препаратов, находящихся сейчас на первой стадии клинических исследований, представляет собой конъюгат антитела, направленного против мишени в опухолевых клетках, и действующего вещества [11]. Введенное в организм пациента антитело специфически связывается с поверхностным маркером или внутренней мишенью раковой клетки (причем в роли такой мишени могут выступать даже микротрубочки цитоскелета клетки!). Во втором случае перед медиками и исследователями встает проблема доставки антитела в опухолевую клетку, которая зачастую решается с помощью вирусных векторов [12]. После связывания с поверхностной мишенью происходит «инъекция» комплекса в раковую клетку и высвобождение цитотоксина, связанного с антителом дисульфидным мостиком. Такие конъюгаты показали высокую цитотоксичность для клеток в культуре — концентрация от 10 до 40 пмоль является 50-процентной ингибирующей дозой [13]. Помимо этого они имеют низкую системную токсичность в мышах, что также делает этот тип препаратов перспективным для дальнейшего изучения и применения.
Многие препараты, находящиеся на второй стадии клиничсеких испытаний, также являются конъюгатами с антителами. Однако среди всей группы выделяются два, речь о которых пойдет ниже.
Бриостатин и Альцгеймер
Автор этой статьи исходит из слегка устаревшего представления, что первопричиной болезни Альцгеймера является накопление бляшек β-амилоида, якобы оказывающих токсическое воздействие на нейроны головного мозга и приводящих к старческой деменции. В действительности же многочисленные клинические исследования лекарств, нацеленных на «искоренение» β-амилоида, с треском провалились, стоив фармкомпаниям миллиарды долларов и пару десятков потерянных лет [15–17]. Судя по всему, β-амилоид может служить разве что маркером болезни Альцгеймера (а никак не причиной), да и то уже слишком поздним. А сам β-амилоид может вообще быть компонентом врожденного иммунитета [18]. — Ред.
DMXBA и психотические нарушения
Выделенный из немертин анабазеин является стимулятором широкого спектра никотиновых ацетилхолиновых рецепторов, в особенности нервно-мышечных. Синтетически полученный 3-(2,4-диметоксибензилиден)-анабазеин (или DMXBA) улучшает память экспериментальных животных и пациентов и в настоящий момент тестируется на потенциальную возможность улучшить когнитивные проблемы, связанные с шизофренией, болезнями Альцгеймера и Паркинсона [19]. Структура DMXBA, схожая с анабазеином и никотином, представлена на рисунке 7. DMXBA является первым веществом, избирательно связывающимся именно с α7-рецепторами, а также первым, проходящим сейчас клинические испытания.
Рисунок 7. Структура никотина, анабазеина и DMXBA. Тогда как никотин и анабазеин связываются с широким кругом ацетилхолиновых рецепторов позвоночных, DMXBA является лигандом конкретно α7-типа.
И это тот самый случай, когда небольшие дозы яда имеют лечебный эффект. Дело в том, что изменения экспрессии и/или функционирования некоторых потенциал-чувствительных натриевых каналов в некоторых случаях влечет за собой возникновение хронической боли [21]. Тетродотоксин же имеет очень высокое сродство к этим каналам, перекрывая, как пробка, поток ионов через канал и блокируя нервную передачу.
Из лекарств, уже одобренных FDA (Food and Drug Administration, Управления США по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов), особенно заострить внимание хочется на видарабине. Вещество выделено из губки Tectitethya crypta и относится к группе нуклеозидов. А применяется оно для борьбы с. вирусом простого герпеса! Имея структурную формулу, чрезвычайно схожую с аденином (рис. 8), видарабинтрифосфат встраивается вирусной полимеразой в растущую цепь ДНК, и на этом синтез прерывается, так как фосфодиэфирная связь не может быть синтезирована вследствие стерических взаимодействий.
Рисунок 8. Аденозин (а) и видарабин-дифосфат (б), за счет сходства легко заменяется вирусной ДНК-полимеразой, блокируя дальнейший синтез ДНК
Схожее вещество — цитарабин — также выделено из губки и относится к нуклеозидам. Его мишенью в клетках является ДНК-полимераза за счет всё того же сходства с естественным нуклеотидом клетки — цитозином (рис. 9). Используется цитарабин в химиотерапии острых лимфоидной и миелоидной лейкемий, хронической миелоидной лейкемии и неходжкинской лимфомы.
Рисунок 9. Цитидин (а) — основа естественного (для клеток человека) нуклеотида; и цитарабин (б) — вещество, выделенное из губки.
Пару слов в заключение
Биологические молекулы предоставляют обширные возможности для применения новых видов терапии, в том числе онкологических заболеваний. Многие лекарства сейчас создают на основе вторичных метаболитов растений, антитела самых разных животных используются для лечения аутоиммунных заболеваний и рака [22], [23]. Так почему бы человечеству не обратить взор к океану, так мало изученному? Возможно, в этой кладовой природы найдутся решения для многих современных проблем медицины. Ведь всего полвека назад никто и не подозревал, что метаболит, служащий для плавающего анемона сигналом к бегству, сможет стать перспективным веществом для медицины будущего.