Hidra (género)

Hydra (HY-drə) es un género de pequeños organismos de agua dulce del filo Cnidaria y clase Hydrozoa. Son nativos de las regiones templadas y tropicales. El género fue nombrado por Linneo en 1758 en honor a la Hidra, que era la bestia de muchas cabezas derrotada por Heracles, ya que cuando al animal se le cortaba una parte, se regeneraba de forma muy parecida a las cabezas de la hidra. Los biólogos están especialmente interesados en Hydra debido a su capacidad regenerativa; no parecen morir de vejez, o envejecer en absoluto.

Morfología

Dibujo esquemático de un nematocisto de descarga

Hydra tiene un cuerpo tubular radialmente simétrico de hasta 10 mm (0,39 pulgadas) de largo cuando está extendido, asegurado por un pie adhesivo simple conocido como disco basal. Las células glandulares del disco basal secretan un líquido pegajoso que explica sus propiedades adhesivas.

En el extremo libre del cuerpo hay una abertura en la boca rodeada de uno a doce tentáculos delgados y móviles. Cada tentáculo, o cnida (plural: cnidae), está revestido de células urticantes altamente especializadas llamadas cnidocitos. Los cnidocitos contienen estructuras especializadas llamadas nematocistos, que parecen bombillas en miniatura con un hilo enrollado en su interior. En el borde exterior angosto del cnidocito hay un pelo gatillo corto llamado cnidocilo. Al entrar en contacto con la presa, el contenido del nematocisto se descarga de forma explosiva, disparando un hilo parecido a un dardo que contiene neurotoxinas hacia lo que haya desencadenado la liberación. Esto puede paralizar a la presa, especialmente si se disparan cientos de nematocistos.

Hydra tiene dos capas corporales principales, lo que la hace "diploblástica". Las capas están separadas por mesoglea, una sustancia similar a un gel. La capa externa es la epidermis, y la capa interna se llama gastrodermis, porque recubre el estómago. Las células que forman estas dos capas del cuerpo son relativamente simples. Hydramacin es un bactericida descubierto recientemente en Hydra; protege la capa exterior contra la infección. Una sola Hydra se compone de 50 000 a 100 000 células que constan de tres poblaciones específicas de células madre que crearán muchos tipos de células diferentes. Estas células madre se renovarán continuamente en la columna del cuerpo. Hydras tienen dos estructuras importantes en su cuerpo: la "cabeza" y el "pie". Cuando una Hydra se corta por la mitad, cada mitad se regenerará y formará una pequeña Hydra; la "cabeza" regenerará un "pie" y el "pie" regenerará una "cabeza". Si la hidra se corta en muchos segmentos, los cortes del medio formarán una "cabeza" y un "pie".

La respiración y la excreción ocurren por difusión a lo largo de la superficie de la epidermis, mientras que los excrementos más grandes se descargan por la boca.

Sistema nervioso

El sistema nervioso de Hydra es una red nerviosa, que es estructuralmente simple en comparación con los sistemas nerviosos animales más derivados. Hydra no tiene un cerebro reconocible o músculos verdaderos. Las redes nerviosas conectan los fotorreceptores sensoriales y las células nerviosas sensibles al tacto ubicadas en la pared del cuerpo y los tentáculos.

La estructura de la red nerviosa tiene dos niveles:

• nivel 1 – células sensoriales o células internas; y
• nivel 2 – células ganglios interconectadas sinapsisadas a células epiteliales o motoras.

Algunos tienen solo dos láminas de neuronas.

Movimiento y locomoción

Hydra adjunta a un substrato

Si Hydra está alarmada o atacada, los tentáculos pueden retraerse hasta convertirse en pequeños brotes, y la columna del cuerpo en sí misma puede retraerse hasta convertirse en una pequeña esfera gelatinosa. Hydra generalmente reacciona de la misma manera independientemente de la dirección del estímulo, y esto puede deberse a la simplicidad de las redes nerviosas.

Hydra son generalmente sedentarios o sésiles, pero ocasionalmente se mueven con bastante facilidad, especialmente cuando cazan. Tienen dos métodos distintos para moverse: 'bucle' y 'saltos mortales'. Lo hacen agachándose y adhiriéndose al sustrato con la boca y los tentáculos y luego reubicando el pie, que proporciona la unión habitual, este proceso se denomina bucle. En el salto mortal, el cuerpo se inclina y crea un nuevo lugar de unión con el pie. Mediante este proceso de "bucle" o "salto mortal", un Hydra puede moverse varias pulgadas (c. 100 mm) en un día. Hydra también puede moverse por el movimiento ameboide de sus bases o desprendiéndose del sustrato y flotando en la corriente.

Reproducción y ciclo de vida

Hydra Negociación:

1. Non-reproducing
2. Crear un brote
3. Hija creciendo
4. Comienzo de la cleave
5. Hija rota
6. clon de hija de padre

Cuando la comida es abundante, muchas Hydra se reproducen asexualmente por gemación. Los brotes se forman a partir de la pared del cuerpo, crecen hasta convertirse en adultos en miniatura y se desprenden cuando maduran.

Cuando una hidra está bien alimentada, se puede formar un nuevo brote cada dos días. Cuando las condiciones son duras, a menudo antes del invierno o en malas condiciones de alimentación, se produce la reproducción sexual en algunos Hydra. Las inflamaciones en la pared del cuerpo se convierten en ovarios o testículos. Los testículos liberan gametos que nadan libremente en el agua y estos pueden fertilizar el óvulo en el ovario de otra persona. Los huevos fertilizados secretan una capa exterior resistente y, cuando el adulto muere (por hambre o frío), estos huevos en reposo caen al fondo del lago o estanque para esperar mejores condiciones, después de lo cual se convierten en la ninfa Hydra. Algunas especies de Hydra, como Hydra circumcincta y Hydra viridissima, son hermafroditas y pueden producir testículos y ovarios al mismo tiempo.

Muchos miembros de Hydrozoa pasan por un cambio de cuerpo de un pólipo a una forma adulta llamada medusa, que suele ser la etapa de la vida donde ocurre la reproducción sexual, pero Hydra no progresa más allá del pólipo. fase.

Alimentación

Hydra se alimenta principalmente de invertebrados acuáticos como Daphnia y Cyclops.

Mientras se alimenta, Hydra extiende su cuerpo a la longitud máxima y luego extiende lentamente sus tentáculos. A pesar de su construcción simple, los tentáculos de Hydra son extraordinariamente extensibles y pueden tener de cuatro a cinco veces la longitud del cuerpo. Una vez completamente extendidos, los tentáculos se mueven lentamente esperando el contacto con una presa adecuada. Al contacto, los nematocistos en el tentáculo disparan hacia la presa y el tentáculo mismo se enrolla alrededor de la presa. En 30 segundos, la mayoría de los tentáculos restantes ya se habrán unido al ataque para someter a la presa que lucha. En dos minutos, los tentáculos habrán rodeado a la presa y la habrán movido hacia la abertura de la boca abierta. En diez minutos, la presa habrá sido engullida dentro de la cavidad del cuerpo y la digestión habrá comenzado. Hydra son capaces de estirar la pared de su cuerpo considerablemente para digerir presas de más del doble de su tamaño. Después de dos o tres días, los restos no digeribles de la presa serán expulsados por la boca a través de las contracciones.

El comportamiento de alimentación de Hydra demuestra la sofisticación de lo que parece ser un sistema nervioso simple.

Algunas especies de Hydra existen en una relación mutua con varios tipos de algas unicelulares. Las algas están protegidas de los depredadores por Hydra y, a cambio, los productos fotosintéticos de las algas son beneficiosos como fuente de alimento para Hydra.

Medición de la respuesta de alimentación

La reducción de glutatión causa reducción en el tentáculo extendido en la hidra.

La respuesta de alimentación en Hydra es inducida por el glutatión (específicamente en estado reducido como GSH) liberado del tejido dañado de la presa lesionada. Hay varios métodos utilizados convencionalmente para la cuantificación de la respuesta de alimentación. En algunos se mide el tiempo que permanece abierta la boca. Otros métodos se basan en contar el número de Hydra entre una pequeña población que muestra la respuesta de alimentación después de la adición de glutatión. Recientemente, se ha desarrollado un ensayo para medir la respuesta de alimentación en hidra. En este método, se demostró que la distancia bidimensional lineal entre la punta del tentáculo y la boca de la hidra es una medida directa del alcance de la respuesta de alimentación. Este método ha sido validado utilizando un modelo de inanición, ya que se sabe que la inanición aumenta la respuesta de alimentación de Hydra.

Depredadoras

La especie Hydra oligactis es depredada por el platelminto Microstomum lineare.

Regeneración de tejidos

Las hidras experimentan morfalaxis (regeneración de tejidos) cuando se lastiman o cortan. Por lo general, Hydras se reproducirá con solo brotar un individuo completamente nuevo; la yema se producirá alrededor de dos tercios del camino hacia abajo del eje del cuerpo. Cuando una Hydra se corta por la mitad, cada mitad se regenerará y formará una pequeña Hydra; la "cabeza" regenerará un "pie" y el "pie" regenerará una "cabeza". Esta regeneración se produce sin división celular. Si la hidra se corta en muchos segmentos, los cortes del medio formarán una "cabeza" y un "pie". La polaridad de la regeneración se explica por dos pares de gradientes de valores posicionales. Hay un gradiente de activación e inhibición tanto de la cabeza como del pie. La activación e inhibición de la cabeza funciona en dirección opuesta al par de gradientes de los pies. La evidencia de estos gradientes se mostró a principios del siglo XX con experimentos de injertos. Los inhibidores de ambos gradientes han demostrado ser importantes para bloquear la formación de brotes. La ubicación en la que se formará el capullo es donde los gradientes son bajos tanto para la cabeza como para el pie. Hydras son capaces de regenerarse a partir de fragmentos de tejido del cuerpo y, además, después de la disociación del tejido de los agregados. Este proceso, no solo tiene lugar en las piezas de tejido extirpadas de la columna del cuerpo, sino también en los agregados de células individuales disociadas. Se encontró que en estos agregados, las células inicialmente distribuidas aleatoriamente se clasifican y forman dos capas de células epiteliales, en las que las células epiteliales endodérmicas juegan un papel más activo en el proceso. La movilidad activa de estas células epiteliales endodérmicas forma dos capas tanto en el agregado como en la punta regeneradora del tejido extirpado. Y a medida que se establecen estas dos capas, se lleva a cabo un proceso de modelado para formar cabezas y pies.

No senescencia

Daniel Martinez afirmó en un artículo de 1998 en Experimental Gerontology que Hydra son biológicamente inmortales. Esta publicación ha sido ampliamente citada como evidencia de que Hydra no envejece (no envejece), y que son prueba de la existencia de organismos que no envejecen en general. En 2010, Preston Estep publicó (también en Experimental Gerontology) una carta al editor argumentando que los datos de Martínez refutan la hipótesis de que Hydra no envejece.

La controvertida vida ilimitada de Hydra ha llamado mucho la atención de los científicos. La investigación de hoy parece confirmar que Martinez' estudiar. Las células madre de Hydra tienen una capacidad de autorrenovación indefinida. El factor de transcripción "forkhead box O" (FoxO) ha sido identificado como un impulsor crítico de la auto-renovación continua de Hydra. En los experimentos, se produjo un crecimiento de la población drásticamente reducido como resultado de la regulación negativa de FoxO.

En organismos bilateralmente simétricos (Bilateria), el factor de transcripción FoxO afecta la respuesta al estrés, la vida útil y el aumento de células madre. Si este factor de transcripción se elimina en organismos modelo bilaterales, como moscas de la fruta y nematodos, su vida útil se reduce significativamente. En experimentos sobre H. vulgaris (un miembro radialmente simétrico del phylum Cnidaria), cuando se redujeron los niveles de FoxO, hubo un efecto negativo en muchas características clave de Hydra, pero no se observó muerte, por lo que es cree que otros factores pueden contribuir a la aparente falta de envejecimiento en estas criaturas.

Reparación de ADN

Hydra es capaz de dos tipos de reparación de ADN; reparación por escisión de nucleótidos y reparación por escisión de bases. Estas vías de reparación facilitan la replicación del ADN al eliminar los daños en el ADN. La identificación de estas vías en la hidra se basó, en parte, en la presencia en el genoma de la hidra de genes homólogos a genes de otras especies genéticamente bien estudiadas que han demostrado desempeñar funciones clave en estas vías de reparación del ADN.

Genómica

Un análisis de comparación de ortólogos realizado en la última década demostró que Hydra comparte un mínimo de 6071 genes con los humanos. Hydra se está convirtiendo en un sistema modelo cada vez mejor a medida que se vuelven más enfoques genéticos. disponible. Las hidras transgénicas se han convertido en organismos modelo atractivos para estudiar la evolución de la inmunidad. En 2010 se informó de un borrador del genoma de Hydra magnipapillata.

Los genomas de los cnidarios suelen tener un tamaño inferior a 500 MB, como en la Hydra viridissima, que tiene un tamaño de genoma de aproximadamente 300 MB. Por el contrario, los genomas de las hidras marrones tienen un tamaño de aproximadamente 1 GB. Esto se debe a que el genoma de la hidra marrón es el resultado de un evento de expansión que involucra a LINE, un tipo de elementos transponibles, en particular, una sola familia de la clase CR1. Esta expansión es exclusiva de este subgrupo del género Hydra y está ausente en la hidra verde, que tiene un paisaje repetitivo similar al de otros cnidarios. Estas características genómicas hacen que Hydra sea atractivo para estudios de especiaciones impulsadas por transposones y expansiones genómicas.