Hidra (gênero)

Hydra (HY-drə) é um gênero de pequenos organismos de água doce do filo Cnidaria e classe Hydrozoa. Eles são nativos das regiões temperadas e tropicais. O gênero foi nomeado por Linnaeus em 1758 em homenagem à Hydra, que era a besta de muitas cabeças derrotada por Héracles, pois quando o animal tinha uma parte cortada, ele se regenerava como as cabeças da hidra. Os biólogos estão especialmente interessados na Hydra por causa de sua capacidade regenerativa; eles não parecem morrer de velhice, ou mesmo envelhecer.

Morfologia

Desenho esquemático de um nematocyst de descarga

Hydra tem um corpo tubular radialmente simétrico de até 10 mm (0,39 in) de comprimento quando estendido, preso por um pé adesivo simples conhecido como disco basal. As células glandulares do disco basal secretam um fluido pegajoso responsável por suas propriedades adesivas.

Na extremidade livre do corpo há uma abertura de boca cercada por um a doze tentáculos finos e móveis. Cada tentáculo, ou cnida (plural: cnidae), é revestido por células urticantes altamente especializadas chamadas cnidócitos. Os cnidócitos contêm estruturas especializadas chamadas nematocistos, que se parecem com lâmpadas em miniatura com um fio enrolado no interior. Na borda externa estreita do cnidócito há um pelo curto chamado cnidócil. Ao entrar em contato com a presa, o conteúdo do nematocisto é descarregado de forma explosiva, disparando um fio semelhante a um dardo contendo neurotoxinas no que quer que tenha desencadeado a liberação. Isso pode paralisar a presa, especialmente se muitas centenas de nematocistos forem disparados.

Hydra tem duas camadas principais do corpo, o que o torna "diploblástico". As camadas são separadas por mesogléia, uma substância semelhante a um gel. A camada externa é a epiderme, e a camada interna é chamada de gastroderme, porque reveste o estômago. As células que compõem essas duas camadas do corpo são relativamente simples. Hydramacin é um bactericida recentemente descoberto em Hydra; protege a camada externa contra infecções. Uma única Hydra é composta de 50.000 a 100.000 células que consistem em três populações específicas de células-tronco que criarão muitos tipos diferentes de células. Essas células-tronco se renovam continuamente na coluna do corpo. As hidras têm duas estruturas significativas em seu corpo: a "cabeça" e o "pé". Quando uma Hydra é cortada ao meio, cada metade se regenera e forma uma pequena Hydra; a "cabeça" irá regenerar um "pé" e o "pé" irá regenerar uma "cabeça". Se a Hydra for cortada em vários segmentos, as fatias do meio formarão uma "cabeça" e um "pé".

A respiração e a excreção ocorrem por difusão em toda a superfície da epiderme, enquanto excretas maiores são descarregadas pela boca.

Sistema nervoso

O sistema nervoso da Hydra é uma rede nervosa, que é estruturalmente simples em comparação com sistemas nervosos de animais mais derivados. Hydra não tem um cérebro reconhecível ou músculos verdadeiros. Redes nervosas conectam fotorreceptores sensoriais e células nervosas sensíveis ao toque localizadas na parede do corpo e nos tentáculos.

A estrutura da rede nervosa tem dois níveis:

• nível 1 – células sensoriais ou células internas; e,
• nível 2 – células de gânglio interligadas sinapsadas a células epiteliais ou motoras.

Alguns têm apenas duas camadas de neurônios.

Movimento e locomoção

Hydra anexado a um substrato

Se a Hydra estiver alarmada ou atacada, os tentáculos podem ser retraídos para pequenos botões, e a própria coluna do corpo pode ser retraída para uma pequena esfera gelatinosa. Hydra geralmente reagem da mesma maneira, independentemente da direção do estímulo, e isso pode ser devido à simplicidade das redes nervosas.

Hydra são geralmente sedentárias ou sésseis, mas ocasionalmente se movem com bastante facilidade, especialmente quando caçam. Eles têm dois métodos distintos para mover - 'looping' e 'salto mortal'. Eles fazem isso curvando-se e prendendo-se ao substrato com a boca e os tentáculos e, em seguida, realocando o pé, que fornece a fixação usual, esse processo é chamado de looping. No salto mortal, o corpo então se inclina e cria um novo local de fixação com o pé. Por este processo de "looping" ou "dando cambalhotas", uma Hydra pode se mover várias polegadas (c. 100 mm) em um dia. Hydra também pode se mover por movimento ameboide de suas bases ou por se desprender do substrato e flutuar na corrente.

Reprodução e ciclo de vida

Hydra Botão:

1. Não reprodução
2. Criando um botão
3. Filha crescendo
4. Começando a cleave
5. Filha partida
6. clone de filha de pai

Quando a comida é abundante, muitas Hydra se reproduzem assexuadamente por brotamento. Os botões se formam na parede do corpo, crescem em miniaturas adultas e se desprendem quando maduros.

Quando uma hidra é bem alimentada, um novo broto pode se formar a cada dois dias. Quando as condições são adversas, muitas vezes antes do inverno ou em más condições de alimentação, a reprodução sexual ocorre em algumas Hydra. Inchaços na parede do corpo se desenvolvem em ovários ou testículos. Os testículos liberam gametas livres na água, e estes podem fertilizar o óvulo no ovário de outro indivíduo. Os ovos fertilizados secretam um revestimento externo resistente e, à medida que o adulto morre (devido à fome ou ao frio), esses ovos em repouso caem no fundo do lago ou lagoa para aguardar melhores condições, quando eclodem em ninfas Hydra. Algumas espécies de Hydra, como Hydra circumcincta e Hydra viridissima, são hermafroditas e podem produzir testículos e ovários ao mesmo tempo.

Muitos membros dos Hydrozoa passam por uma mudança corporal de um pólipo para uma forma adulta chamada medusa, que geralmente é o estágio da vida em que ocorre a reprodução sexual, mas Hydra não progride além do pólipo Estágio.

Alimentação

Hydra se alimentam principalmente de invertebrados aquáticos, como Daphnia e Cyclops.

Enquanto se alimenta, Hydra estende seu corpo ao comprimento máximo e, em seguida, estende lentamente seus tentáculos. Apesar de sua construção simples, os tentáculos da Hydra são extraordinariamente extensíveis e podem ter de quatro a cinco vezes o comprimento do corpo. Uma vez totalmente estendidos, os tentáculos são lentamente manobrados à espera do contato com uma presa adequada. Ao entrar em contato, os nematocistos no tentáculo disparam contra a presa, e o próprio tentáculo se enrola em torno da presa. Dentro de 30 segundos, a maioria dos tentáculos restantes já terá se juntado ao ataque para subjugar a presa que lutava. Em dois minutos, os tentáculos terão cercado a presa e a movido para a abertura da boca aberta. Em dez minutos, a presa terá sido engolfada na cavidade do corpo e a digestão terá começado. Hydra são capazes de esticar consideravelmente a parede do corpo para digerir presas com mais do que o dobro de seu tamanho. Após dois ou três dias, os restos indigeríveis da presa serão expelidos pela abertura da boca por meio de contrações.

O comportamento alimentar da Hydra demonstra a sofisticação do que parece ser um sistema nervoso simples.

Algumas espécies de Hydra existem em uma relação mútua com vários tipos de algas unicelulares. As algas são protegidas de predadores por Hydra e, em troca, os produtos fotossintéticos das algas são benéficos como fonte de alimento para Hydra.

Medição da resposta de alimentação

A redução da glutationa causa redução no tentáculo espalhado em hidra.

A resposta de alimentação em Hydra é induzida pela glutationa (especificamente no estado reduzido como GSH) liberada do tecido danificado da presa ferida. Existem vários métodos convencionalmente utilizados para a quantificação da resposta alimentar. Em alguns, é medido o tempo que a boca permanece aberta. Outros métodos contam com a contagem do número de Hydra entre uma pequena população mostrando a resposta alimentar após a adição de glutationa. Recentemente, foi desenvolvido um ensaio para medir a resposta alimentar na hidra. Neste método, a distância bidimensional linear entre a ponta do tentáculo e a boca da hidra mostrou ser uma medida direta da extensão da resposta alimentar. Este método foi validado usando um modelo de fome, já que a fome é conhecida por causar aumento da resposta de alimentação do Hydra.

Predadores

A espécie Hydra oligactis é predada pelo platelminto Microstomum lineare.

Regeneração de tecidos

Hydras sofrem morfalaxia (regeneração de tecidos) quando feridas ou cortadas. Normalmente, as Hydras se reproduzem apenas gerando um novo indivíduo; o broto ocorrerá cerca de dois terços abaixo do eixo do corpo. Quando uma Hydra é cortada ao meio, cada metade se regenera e forma uma pequena Hydra; a "cabeça" irá regenerar um "pé" e o "pé" irá regenerar uma "cabeça". Essa regeneração ocorre sem divisão celular. Se a Hydra for cortada em vários segmentos, as fatias do meio formarão uma "cabeça" e um "pé". A polaridade da regeneração é explicada por dois pares de gradientes de valores posicionais. Há um gradiente de ativação e inibição da cabeça e do pé. A ativação e inibição da cabeça funcionam em uma direção oposta ao par de gradientes do pé. A evidência desses gradientes foi mostrada no início de 1900 com experimentos de enxerto. Os inibidores para ambos os gradientes mostraram-se importantes para bloquear a formação de gemas. O local em que o botão se formará é onde os gradientes são baixos para a cabeça e o pé. Hydras são capazes de se regenerar a partir de pedaços de tecido do corpo e, adicionalmente, após a dissociação do tecido de reagregados. Este processo ocorre não apenas nos pedaços de tecido extirpados da coluna do corpo, mas também nos reagregados de células isoladas dissociadas. Verificou-se que nesses agregados, as células inicialmente distribuídas aleatoriamente sofrem triagem e formam duas camadas de células epiteliais, nas quais as células epiteliais endodérmicas desempenham papéis mais ativos no processo. A mobilidade ativa dessas células epiteliais endodérmicas forma duas camadas tanto na ponta reagregada quanto na ponta regeneradora do tecido excisado. À medida que essas duas camadas são estabelecidas, ocorre um processo de padronização para formar cabeças e pés.

Não senescência

Daniel Martinez afirmou em um artigo de 1998 na Gerontologia Experimental que Hydra são biologicamente imortais. Esta publicação tem sido amplamente citada como prova de que Hydra não senesce (não envelhece) e que é prova da existência de organismos não senescentes em geral. Em 2010, Preston Estep publicou (também em Gerontologia Experimental) uma carta ao editor argumentando que os dados de Martinez refutam a hipótese de que Hydra não envelhecem.

O controverso tempo de vida ilimitado da Hydra atraiu muita atenção dos cientistas. Pesquisa hoje parece confirmar Martinez' estudar. As células-tronco Hydra têm uma capacidade de auto-renovação indefinida. O fator de transcrição "forkhead box O" (FoxO) foi identificado como um driver crítico da auto-renovação contínua de Hydra. Em experimentos, um crescimento populacional drasticamente reduzido resultou da regulação negativa de FoxO.

Em organismos bilateralmente simétricos (Bilateria), o fator de transcrição FoxO afeta a resposta ao estresse, a expectativa de vida e o aumento de células-tronco. Se esse fator de transcrição for derrubado em organismos modelo bilaterais, como moscas-das-frutas e nematóides, sua vida útil diminui significativamente. Em experimentos com H. vulgaris (um membro radialmente simétrico do filo Cnidaria), quando os níveis de FoxO diminuíram, houve um efeito negativo em muitas características-chave da Hydra, mas nenhuma morte foi observada, portanto, é acreditava que outros fatores podem contribuir para a aparente falta de envelhecimento nessas criaturas.

Reparo do DNA

Hydra são capazes de dois tipos de reparo de DNA: reparo por excisão de nucleotídeos e reparo por excisão de base. Essas vias de reparo facilitam a replicação do DNA removendo os danos ao DNA. A identificação dessas vias na hidra foi baseada, em parte, na presença no genoma da hidra de genes homólogos a genes em outras espécies geneticamente bem estudadas que demonstraram desempenhar papéis-chave nessas vias de reparo do DNA.

Genômica

Uma análise de comparação ortológica feita na última década demonstrou que Hydra compartilha um mínimo de 6.071 genes com humanos. Hydra está se tornando um sistema modelo cada vez melhor à medida que mais abordagens genéticas se tornam disponível. As hidras transgênicas tornaram-se organismos modelo atraentes para estudar a evolução da imunidade. Um rascunho do genoma da Hydra magnipapillata foi relatado em 2010.

Os genomas dos cnidários geralmente têm menos de 500 MB de tamanho, como na Hydra viridissima, que tem um tamanho de genoma de aproximadamente 300 MB. Em contraste, os genomas das hidras marrons têm aproximadamente 1 GB de tamanho. Isso porque o genoma da hidra marrom é resultado de um evento de expansão envolvendo LINEs, um tipo de elementos transponíveis, em especial, uma única família da classe CR1. Essa expansão é exclusiva desse subgrupo do gênero Hydra e está ausente na hidra verde, que tem uma paisagem repetitiva semelhante a outros cnidários. Essas características do genoma tornam Hydra atraente para estudos de especiações e expansões genômicas impulsionadas por transposon.