Hydra viridissima. (Peter Schuchert) 
Tällaisille yksinkertaisen näköisille ja helposti huomiotta jääville olennoille hydroilla on varmasti uskomattomia voimia – mukaan lukien järjetön kyky kasvattaa oma päänsä uudelleen, jos pää mestataan.
Nämä selkärangattomat makean veden eläimet ovat myös yksi lähimmistä esimerkeistämme kuolemattomasta olennosta. Ellei se tuhoudu perusteellisesti petoeläimen ruoansulatusjärjestelmässä tai kuluta tulipalossa, hydran varsi solut voivat replikoitua loputtomiin .
Hydra voi melko paljon herättää itsensä henkiin repeytymisen jälkeen – niin kauan kuin ainakin viisi päätä järjestävää solua säilyy ehjinä ne tihkuvat tiensä toistensa luo, yhdistyvät ja alkavat järjestää loput jäljellä olevasta solusotkusta takaisin kehoon.
(Ulrich Technau, PNAS, 2000)
Yllä: Soseutetut hydrasolut saavat muotoaan ajan myötä uusien päänjärjestäjien solujen (sininen) avulla.
Nämä uskomattomat piirteet ovat kiinnittäneet tutkijoiden huomion pitkään, mutta niiden toiminnassa on edelleen niin paljon salaperäistä.
10-20 mm hydrat elävät makean veden trooppisessa ja lauhkeassa ympäristössä.
Heidän pienissä, hyytelömäisissä matomaisissa kehoissa on pistelevät vuokomaiset lonkerot toisessa päässä ja yksi tyhmä tyvijalka tyvessä, joka erittää tahmeaa materiaalia pintaan tarttumista varten. Kuten kaikki cnidariat, heidän kehonsuunnitelmansa on säteittäisesti symmetrinen , toisin kuin omamme kahdenvälinen symmetria .
Hydran pään päässä, sen lonkerorenkaan välissä on sen kupolin muotoinen hypostomi – rakenne, jokatulee heidän suunsa, kun he repivät itsensä aukisyödä. Solut tiivistyvät takaisin yhteen, kun niitä ei käytetä, ja tässä samassa rakenteessa ne 50–300 pääjärjestäjäsolua yleensä sijaitsevat.
Nämä solut sanelevat, että heidän naapureidensa tulisi olla pääsolujen muodossa - mikä signaloi, minkä solun tulee muodostaa hypostomi ja mistä tulee osa tarttuvia lonkeroita.
Jos hydra leikataan kahtia, missä tahansa sen yläkolmanneksessa, jäljellä oleva runko puree kasvattaa lisää järjestäjäsoluja , joka sitten järjestää eläimelle uuden kiiltävän pään.
Nämä komentosolut näkyvät myös luonnollisesti hydran vartalossa sen orastuessa ja lisääntyvät aseksuaalisesti.
Hydra, jossa on kolme orastavaa kloonia. (micro_photo/iStock/Getty Images Plus)
Ymmärtääkseen nämä myyttisiä hydravoimia Kalifornian yliopiston biologi Aide Macias-Muñoz ja kollegat tarkastelivat lähemmin hydran genetiikkaa vertaamalla geenien ilmentymistä pään uudistumisen ja orastumisen aikana. He kartoittivat, mitkä genomin alueet olivat avoimia geeniekspressiolle hypostomissa ja orastuvissa kudoksissa.
Aiemmat tutkimukset ehdottivat epigenetiikka Useista kehitysreiteistä on mukana, mikä viittaa siihen, kuinka näiden reittien geenejä säädellään. Sekailu joidenkin säätelygeenien kanssa voi tuottaa outoja tuloksia, kuten useita päänjärjestäjiä pitkin hydran vartaloa .
'Yksi jännittävä havainto tässä työssä on, että pään regenerointi- ja orastusohjelmat Hydrassa ovat melko erilaisia.' sanoo Macias-Muñoz.
'Vaikka tulos on sama (hydrapää), geenin ilmentyminen on paljon vaihtelevampaa regeneraation aikana. Mukana dynaaminen geeniekspressio on dynaaminen kromatiinin uudelleenmuotoilu paikoissa, joissa kehityksen transkriptiotekijät sitoutuvat.
Toisin sanoen DNA:n rakennetta kiertävä rakennusteline – sen kromatiini – avataan näillä alueilla, jotta solut voivat hyödyntää näitä kehitysgeenejä.
Monet näistä 2 870 genomin alueesta, jotka on tunnistettu olevan 'käytössä' järjestäjäsoluissa pään regeneraation aikana, sisältävät tehostajageenejä, joiden tuotteet auttavat ohjaamaan muita kehitysprosesseja.
Nämä havainnot viittaavat siihen, että nämä monimutkaiset kehityksen tehostajat olivat läsnä ennen kuin Cnidaria erosi evoluutionaalisesti kahdenvälisesti symmetrisistä eläimistä (johon me kuulumme), 600 miljoonaa vuotta sitten, selittää Macias-Muñoz.
Tiimi löysi myös yhden pään regeneraatioon osallistuvan geeniperheen nimeltä Fos , joka näkyy myös muissa lajeissa, mukaan lukien kalat, salamanterit ja hiiret, uusiutumisprosesseissa.
Cnidarianin, kuten hydran, genomit ovat yllättävän samankaltaisia kuin meidän, erityisesti proteiineja koodaavissa geeneissä, mikä tarkoittaa, että selkeät erot morfologiassamme johtuvat todennäköisesti geenien säätelystä, tutkijat selittävät.
Säätelyn tehostajageenien on osoitettu kehittyvän nopeammin kuin muut koodaavat sekvenssit nisäkäsmallieläimissä, mikä voi viitata tärkeään mekanismiin, joka ajaa muutosta ja monimuotoisuutta pitkien evoluutiojaksojen aikana.
'Siksi cnidarianstutkimus tarjoaa potentiaalisia mahdollisuuksia selvittää [eläinten] evoluution keskeisiä näkökohtia, kuten kaksipuolisen kehon suunnitelman muodostumista ja hermostoa', joukkue kirjoitti lehdessään .
Hydran merkittävä kyky kasvattaa omaa päätään on varmasti upea esimerkki epigenetiikan voimasta.
Tämä tutkimus julkaistiin vuonna Genomibiologia ja evoluutio .