Покровы тела атлантической медузы Cassiopea andromeda по структуре похожи на кожу человека, и если клетки стрекающего в них заменить на человеческие, может получиться искусственная кожа, сообщается в Materials Science and Engineering: C. Децеллюляризация, то есть избавление от клеток медузы, не нарушает эластичность материала и не делает его токсичным для фибробластов кожи других видов.
Повреждения кожи от ожогов, крупных ран и других причин встречаются часто, и средства их восстановления весьма востребованы. Ускорять и улучшать регенерацию кожи позволяют специальные подложки из внеклеточного матрикса — совокупности веществ, выделяемых клетками соединительной ткани фибробластами. Их можно заселять новыми клетками кожи, которые впоследствии образовывали бы полноценную ткань на месте ранения.
Сейчас существуют различные варианты внеклеточного матрикса (ВКМ). Обычно их создают из настоящей донорской кожи различных животных (коров, свиней и так далее), которую лишили ее собственных фибробластов. В идеале они должны иметь трехмерную структуру и обеспечивать прорастание сквозь них кровеносных сосудов и волос. Еще одна проблема: ряд людей по религиозным соображениям не готов носить на себе то, что когда-то было кожей священного или, напротив, «нечистого» животного.
Новый источник внеклеточного матрикса предложили сотрудники Научно-исследовательского центра штата Юкатан во главе с Найели Родригес-Фуэнтес (Nayeli Rodríguez-Fuentes). Они обратили внимание на то, что коллаген и другие белки внеклеточного матрикса присутствуют и у морских беспозвоночных, и конкретно у стрекающих нередко находят самые необычные и полезные для медицины биомолекулы.
В качестве объекта для выделения внеклеточного матрикса команда Родригес-Фуэнтес выбрала медузу Cassiopea andromeda (ранее Cassiopea xamachana). Это животное родом из Средиземного моря, но из-за человека попало в Мексиканский залив и стало там интенсивно размножаться.
Исследователи взяли покровы зонтика 112 медуз, промыли дистиллированной водой и на сутки погрузили в одномолярный раствор хлорида натрия, чтобы избавиться от клеток «кожи» и оставить только компоненты внеклеточного матрикса. Затем, после действия пероксида водорода, детергентов и этанола ученые попробовали окрасить полученный матрикс веществами, которые реагируют на присутствие ДНК, а также использовали спектрофотометрию, чтобы определить количество дезоксирибонуклеиновой кислоты в образцах.
После исследователи оценили эластичность внеклеточного матрикса медуз, изменение его физических свойств при нагревании, структуру слоев. На всех стадиях эксперимента химический состав, физические свойства и структуру обработанного матрикса медуз сравнивали с таковыми для контрольных, необработанных образцов. Наконец, децеллюлярзованный ВКМ попробовали заселить фибробластами кожи человека.
Химическая обработка позволила снизить содержание ДНК в обработанных покровах медузы на 70 процентов. При этом токсичным для человеческих клеток кожи ВКМ не стал: фибробласты прикреплялись к нему и держались по крайней мере неделю. Физические свойства внеклеточного матрикса не ухудшились после децеллюляризации.
Авторы заключают, что покровы зонтика кассиопей можно использовать для создания искусственной кожи человека. Вероятно, в ряде случаев такой материал для регенерации будет более оправдан с этической точки зрения (в крупных религиях нет запрета на использование медуз), равно как и с позиций экологии (кассиопей можно выращивать на фермах, и если даже вылавливать их прямо из Мексиканского залива, это не должно повредить местным экосистемам). Однако нужно еще выяснить, как искусственная кожа на основе покровов медузы поведет себя in vivo.
Кассиопеи интересны не только строением своих покровов. Это еще и первые и пока единственные стрекающие, у которых обнаружили регулярные периоды покоя, похожие на сон.
Светлана Ястребова
Виной всему масштабное и преждевременное таяние морского льда
Четыре из пяти колоний императорских пингвинов в центральной и восточной части моря Беллинсгаузена не смогли вывести птенцов в 2022 году. Виной всему масштабное таяние льда, которое началось до того, как молодые особи успели опериться. В результате несколько тысяч птенцов пингвинов, скорее всего, утонули, а их родители покинули колонии. Как отмечается в статье для журнала Communications Earth & Environment, ученые впервые сталкиваются с провалом размножения у императорских пингвинов в пределах целого региона. Однако в будущем из-за антропогенных изменений климата такое будет происходить все чаще, что ставит будущее вида под угрозу. Императорские пингвины (Aptenodytes forsteri) выводят потомство в колониях, расположенных на морском льду вокруг Антарктиды. Они прибывают к местам размножения с конца марта по апрель, а в мае-июне откладывают яйца, из которых спустя два месяца вылупляются птенцы. Пингвинята растут медленно и оперяются только в декабре-январе. Таким образом, чтобы успешно вырастить птенцов, императорским пингвинам необходим стабильный ледовый покров с апреля по январь. Однако, по прогнозам ученых, из-за антропогенных изменений климата площадь льдов вокруг Антарктиды к концу века сильно сократится. В результате более девяноста процентов колоний императорских пингвинов лишатся подходящих мест для размножения, перестанут поддерживать свою численность и исчезнут. Команда орнитологов под руководством Питера Фретуэлла (Peter T. Fretwell) из Британской антарктической службы обнаружила, что по крайней мере в одном регионе Антарктиды императорские пингвины уже в наши дни испытывают серьезные проблемы из-за потери морского льда. Речь о море Беллинсгаузена, которое лежит к западу от Антарктического полуострова. В его центральной и восточной части расположены пять колоний императорских пингвинов, самая большая из которых насчитывает около 3500 пар, а самая маленькая — около 630 пар. Все они были открыты в течение последних 14 лет благодаря изучению спутниковых снимков — и лишь одну из них посещали ученые. В конце 2022 года, когда площадь ледового покрова вокруг Антарктиды находилась на рекордно низком уровне, некоторые части моря Беллинсгаузена начали оттаивать неожиданно рано и уже к ноябрю полностью очистились ото льда. Чтобы понять, как это сказалось на птенцах пингвинов, которые в это время года как раз переходят к самостоятельной жизни, Фретуэлл и его соавторы обратились к спутниковым снимкам всех пяти местных колоний. Исследователи искали на них коричневые пятна, соответствующие пингвиньему помету — по их площади можно судить о численности и успехе размножения колонии. В результате выяснилось, что из-за раннего исчезновения морского льда императорским пингвинам из большинства колоний в море Беллинсгаузена не удалось вывести потомство в 2022 году. Вероятно, птенцы в этих колониях не успели обзавестись водонепроницаемым оперением до того, как лед растаял, в результате чего утонули или умерли от переохлаждения, а их родители просто покинули колонии. Авторы оценивают потери в несколько тысяч молодых особей. В частности, вокруг колонии у острова Смайли, состоящей из примерно 3500 пар, припай разрушился на две недели раньше срока. Из-за этого часть местных пингвинов перебрались на большой айсберг, однако удалось ли выжить кому-то из птенцов, неизвестно. Колонию в заливе Верди осенью прибыло меньше особей, чем обычно — и даже они покинули ее после разрушения морского льда в конце октября — начале ноября. Колония Пфрогнер-Поинт, которая находилась на шельфовом леднике, также исчезла в начале ноября. А месяцем позже похожая судьба постигла колонию Брайант-Кост — после таяния многолетнего припая, на котором она располагалась. Исключение составила лишь небольшая колония у острова Ротшильда. Вокруг него ледовый припай начал разрушаться лишь в конце декабря, благодаря чему около 800 птенцов успели подрасти и опериться (эта цифра была получена во время облета колонии на вертолетах круизного лайнера). Судя по всему, таяние льда около острова Ротшильда замедлилось благодаря особенностям ландшафта и наличию айсбергов вокруг него. Фретуэлл и его соавторы отмечают, что отдельные колонии императорских пингвинов время от времени терпят неудачи, когда морской лед рушится под воздействием сильных штормов. Однако исследователи этого вида никогда не сталкивались с полным провалом размножения у большинства колоний в целом регионе. Более того, до сих пор в море Беллинсгаузена был известен всего один пример, когда колония не смогла вывести ни одного птенца за сезон. В теории императорские пингвины после неудачного года могли бы переместить колонию туда, где ледовые условия более надежны. Однако в море Беллинсгаузена таких мест почти нет. Экстремально низкая площадь антарктического льда в 2022-2023 годах не обязательно напрямую связана с антропогенными изменениями климата (поскольку она сильно колеблется от года к году). Возможно, эта аномалия лучше объясняется тремя подряд годами Ла-Ниньи. Тем не менее, по прогнозам климатологов, по мере того, как планета нагревается, площадь льда вокруг Антарктиды будет сокращаться. А значит, императорские пингвины все чаще будут испытывать серьезные проблемы с размножением, что поставит существование этого вида под угрозу. Магеллановы пингвины (Spheniscus magellanicus), которые обитают на побережьях Южной Америки, тоже страдают от антропогенных изменений климата. Однако для них проблемой стало не отсутствие льда (его в местах их обитания никогда не бывает), а участившиеся волны жары, которые убивают взрослых особей в период размножения. По расчетам зоологов, из-за все более жаркой погоды крупнейшая колония магеллановых пингвинов, расположенная на атлантическом побережье Аргентины, исчезнет в течение ближайших пятидесяти лет.