Восставшие из фарша

Представьте: вас растерли на мелкой терке, получившийся фарш положили в тазик с водой на неделю, а потом, примерно через неделю, вы из этого клеточного месива собрались в нормального человека. Теперь представьте, что вас с лучшим другом пропустили через эту же терку, фарш тщательно перемешали и положили в корытце побольше… И через неделю образуется не ужасный Франкенштейн (и даже не сиамские близнецы), а вы с другом, целые и исходные, как ни в чем не бывало вылезаете из корытца. Думаете, это галлюцинаторный бред воспаленного сознания? А вот нет, древние морские беспозвоночные губки как раз способны на такое.

Губки живут во всех водоемах нашей планеты, за исключением разве что подледных озер Антарктиды или экстремальных термальных источников. Однако чаще всего губки остаются незаметными для человека, потому что выглядят как непримечательные наросты на водорослях, камнях и других подводных субстратах. И так же непримечательно они проводят свою взрослую жизнь: сидят себе неподвижно на камушках, да фильтруют воду для питания и дыхания.

Устроены губки предельно просто, что наделяет их невероятной способностью к регенерации. Они могут восстанавливать не только потерянные части, но и полностью регенерировать из небольшого фрагмента тела. Хотя для беспозвоночных животных это не является чем-то уникальным, например, высокой регенерацией обладают также медузы, кораллы, морские звезды и многие другие организмы. Однако все они не ровня губкам, которые могут восстановить свое тело даже из отдельных клеток (а этот процесс называется реагрегацией).

Протирая кусочки тканей губки через мелкоячеистое сито в воду, можно получить клеточную суспензию — взвесь одиночных, не соединенных друг с другом клеток. Клетки в суспензии, оставшись без нормального для них тканевого окружения, не погибают, а начинают активно перемещаться в поисках своих соседей. Причем двигаются клетки губок почти как амебы, используя ложноножки.

При встрече блуждающие клетки слипаются и дальше путешествуют вместе. Со временем такие случайные встречи приводят к формированию агрегатов. Обычно агрегат получается не один, и каждый из них в дальнейшем имеет шанс стать отдельной особью. Специализированные клетки исходной губки в составе агрегатов теряют характерные особенности строения и превращаются в подобие стволовых клеток, а сами агрегаты представляют собой бесструктурные комочки.

Формирование многоклеточных агрегатов — процесс видоспецифичный. То есть при смешивании суспензий от двух видов губок, клетки от разных видов не будут объединяться друг с другом. Более того, если смешать клетки разных особей одного вида, то клетки рассортируются и произойдет формирование агрегатов, состоящих только из клеток одной особи. Эти простые эксперименты однозначно указывают, что даже у таких древних животных, как губки, есть система распознавания «свой-чужой». Сходные, но более сложные механизмы позволяют клеткам нашей иммунной системы искать чужеродные элементы в организме и бороться с раковыми клетками.

Но вернемся к судьбе многоклеточных агрегатов. Со временем клетки в их составе начинают дифференцироваться, то есть приобретают специализацию. Первыми дифференцируются поверхностные клетки: они приобретают уплощенную форму и формируют эпителий, внешний слой клеток. Агрегаты с поверхностным эпителием ученые называют примморфами.

В благоприятных условиях примморфы губок развиваются дальше, и этот процесс затрагивает уже внутренние части агрегатов. Начинаются сложные клеточные миграции и дифференциации, которые в конечном счете приводят к полному восстановлению исходной организации губки. Восстановившиеся губки ничем не отличаются от исходных особей (за исключением мелких размеров) — они так же фильтруют воду и со временем могут приступить к размножению. Таким образом, из суспензии отдельных клеток формируется полностью функциональный и жизнеспособный организм.

К сожалению, реагрегация может происходить только в лаборатории. В естественных условиях клетки будут разнесены течениями и никогда не встретятся друг с другом. Но изучение процесса реагрегации позволяет напрямую прикоснуться к самой главной особенности губок — фантастической пластичности их тканей и клеток.

В отличие от других животных, которые могут активно передвигаться в случае наступления неблагоприятных условий, губки всю свою жизнь остаются неподвижными и не могут изменить условия среды вокруг себя. Но эти древние животные нашли другой путь — они меняют себя. Почти все клетки их тела постоянно движутся и порой меняют специализацию, а сами губки постоянно перестраиваются и оптимально адаптируются к условиям среды. Какие именно механизмы лежат в основе пластичности тканей губок еще предстоит узнать.

Андрей Лавров,
научный сотрудник Беломорской биологической станции им. Н.А. Перцова МГУ