Hydra viridissima. (Peter Schuchert) 
Für solch simpel aussehende und leicht zu übersehende Kreaturen verfügen Hydras mit Sicherheit über unglaubliche Kräfte – einschließlich der absurden Fähigkeit, ihre eigenen Köpfe nachwachsen zu lassen, wenn sie enthauptet werden.
Diese Wirbellose Süßwassertiere sind auch eines der besten Beispiele für ein unsterbliches Wesen. Sofern sie nicht im Verdauungssystem eines Raubtiers vollständig zerstört oder durch Feuer verzehrt werden, sind Hydra-Stämme Zellen können sich unbegrenzt vermehren .
Hydras können sich praktisch wiederbeleben, nachdem sie auseinandergerissen wurden – zumindest solange Fünf kopforganisierende Zellen bleiben intakt Sie sickern aufeinander zu, verbinden sich und beginnen, den Rest des verbleibenden Zellchaos wieder zu einem Körper zu organisieren.
(Ulrich Technau, PNAS, 2000)
Oben: Pürierte Hydra-Zellen, die im Laufe der Zeit mit neuen Head-Organizer-Zellen (blau) wieder in Form kommen.
Diese unglaublichen Eigenschaften haben die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler schon lange auf sich gezogen, aber es gibt immer noch so viel über ihre Funktionsweise, das rätselhaft bleibt.
Die 10–20 mm großen Hydras gehören zum Stamm der Cnidaria-Tiere, zu denen Quallen, Korallen und Seeanemonen gehören, und leben in tropischen und gemäßigten Süßwasserumgebungen.
Ihre winzigen, gallertartigen, wurmartigen Körper haben an einem Ende stechende, anemonenartige Tentakel und an der Basis einen einzelnen, kurzen, basalen Fuß, der klebrige Stoffe ausscheidet, die an der Oberfläche haften. Wie bei allen Nesseltieren ist ihr Körperbauplan unterschiedlich radialsymmetrisch , im Gegensatz zu unserem eigenen bilaterale Symmetrie .
Am Kopfende der Hydra befindet sich zwischen ihrem Tentakelnring ihr kuppelförmiges Hypostom – eine Struktur, die wird zu ihrem Mund, wenn sie sich aufreißen Essen. Bei Nichtgebrauch schließen sich die Zellen wieder zusammen, und in derselben Struktur befinden sich normalerweise die 50–300 Kopf-Organizer-Zellen.
Diese Zellen geben vor, dass ihre Nachbarn die Form von Kopfzellen annehmen sollen – und signalisieren damit, welche Zelle das Hypostom bilden und welche Teil der Greiftentakel werden soll.
Wenn die Hydra irgendwo im oberen Drittel in zwei Teile zerteilt wird, wird der verbleibende Körper zerteilt wird mehr Organisatorzellen wachsen lassen , der dem Tier dann einen glänzenden neuen Kopf verleiht.
Diese Befehlszellen erscheinen auch auf natürliche Weise entlang des Hydra-Körpers, wenn dieser knospt, und vermehren sich ungeschlechtlich.
Eine Hydra mit drei knospenden Klonen. (micro_photo/iStock/Getty Images Plus)
Um diese zu verstehen mythische Hydra-Kräfte , untersuchten der Biologe Aide Macias-Muñoz von der University of California und seine Kollegen die Genetik der Hydra genauer und verglichen die Genexpression während der Kopfregeneration und der Knospung. Sie kartierten, welche Bereiche des Genoms im Hypostom und im Knospengewebe für die Genexpression offen waren.
Frühere Untersuchungen deuteten darauf hin Epigenetik Dabei geht es um die Art und Weise, wie Gene in diesen Pfaden reguliert werden. Der Eingriff in einige der regulatorischen Gene kann zu bizarren Ergebnissen führen mehrere Kopforganisatoren entlang des Körpers der Hydra .
„Eine spannende Erkenntnis dieser Arbeit ist, dass die Kopfregenerations- und Knospungsprogramme in Hydra recht unterschiedlich sind“, sagt Macias-Munoz.
„Obwohl das Ergebnis das gleiche ist (ein Hydra-Kopf), ist die Genexpression während der Regeneration viel variabler.“ Mit der dynamischen Genexpression geht ein dynamischer Chromatin-Remodelling an Stellen einher, an denen entwicklungsbedingte Transkriptionsfaktoren binden.“
Mit anderen Worten: Das Gerüst, um das sich die DNA für ihre Struktur windet – ihr Chromatin – wird in diesen Regionen geöffnet, damit die Zellen diese Entwicklungsgene nutzen können.
Viele dieser 2.870 Regionen des Genoms, von denen festgestellt wurde, dass sie während der Kopfregeneration in den Organisatorzellen „im Einsatz“ sind, enthalten Enhancer-Gene, deren Produkte dabei helfen, andere Entwicklungsprozesse voranzutreiben.
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese komplexen Entwicklungsverstärker vorhanden waren, bevor Cnidaria sich vor 600 Millionen Jahren evolutionär von der Gruppe der bilateral symmetrischen Tiere (zu der auch wir gehören) trennte. erklärt Macias-Munoz.
Das Team fand außerdem eine Familie von Genen, die an der Kopfregeneration beteiligt sind Fos , was auch bei Regenerationsprozessen bei anderen Arten, einschließlich Fischen, Salamandern und Mäusen, zu beobachten ist.
Die Genome von Nesseltieren wie der Hydra sind unseren überraschend ähnlich, insbesondere in Bezug auf proteinkodierende Gene, was bedeutet, dass die deutlichen Unterschiede in unserer Morphologie wahrscheinlich auf die Art und Weise zurückzuführen sind, wie die Gene reguliert werden, erklären die Forscher.
Es wurde gezeigt, dass sich regulatorische Enhancer-Gene in Säugetiermodelltieren schneller entwickeln als andere kodierende Sequenzen, was auf einen wichtigen Mechanismus hinweisen könnte, der Veränderungen und Diversität über lange Evolutionszeiträume hinweg vorantreibt.
„Daher bietet die Untersuchung von Nesseltieren potenzielle Möglichkeiten zur Aufklärung wichtiger Aspekte der [Tier-]Evolution wie der Bildung [des] bilateralen Körperbauplans und des Nervensystems“, so der Forscher schrieb das Team in seiner Arbeit .
Die bemerkenswerte Fähigkeit der Hydra, ihren eigenen Kopf nachwachsen zu lassen, ist sicherlich ein spektakuläres Beispiel für die Kraft der Epigenetik.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Genombiologie und Evolution .