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Como funcionam os cnidócitos?

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Pesquisei a estrutura do cnidócito no Google, mas as imagens do Google não são claras ou complexas. Portanto, desenhe uma estrutura simples e compreensível do cnidócito. Sei que o cnidócito funciona por osmose, mas não sei exatamente como a osmose faz com que o cnidócito funcione. explicar o mecanismo dos cnidócitos.


Um cnidócito é um arpão carregado de veneno conectado a uma placa de pressão, implementado no nível de microescala em uma célula. Algo aciona a placa, o arpão é lançado. Simples o suficiente.


Hydra e outros cnidários

Um organismo comum para estudar em um laboratório de biologia é a hidra. A hidra pertence a um grupo de organismos conhecido como cnidários ou às vezes chamados de celenterados. Este filo também inclui animais como a água-viva e a anêmona do mar e os organismos que compõem os recifes de coral. A característica comum a todos esses animais é que eles possuem células urticantes localizadas, conhecidas como cnidócitos, em seus tentáculos.

Por pertencerem ao reino animal, você também pode assumir que todos os cnidários são multicelulares e heterotrófico - o que significa que eles devem consumir seus alimentos de alguma forma. Muitos cnidários passam a vida presos a objetos, onde esperam que peixes ou outros organismos passem por eles e sejam presos por seus tentáculos.

Vamos comparar os principais tipos de cnidários. As anêmonas do mar pertencem à classe Anthozoa, que se traduz como "animal flor". As anêmonas costumam ser muito coloridas e têm centenas de tentáculos que ondulam nas correntes de água enquanto a parte principal do corpo permanece presa a uma superfície. Eles são bonitos de se olhar, mas mortais para os peixes que nadam muito perto. O peixe fica paralisado pelas células urticantes e, por fim, é empurrado para a boca da anêmona, que fica no centro dos tentáculos. A área do corpo principal contém um cavidade gastrovascular, que é como um estômago, onde o peixe é digerido.

O coral também está relacionado à anêmona do mar, embora os organismos desse grupo tendam a ser menores e viver em colônias. Os recifes de coral são, na verdade, feitos de esqueletos de cnidários que se acumularam por muitos anos. Um recife de coral é o lar de muitos outros organismos oceânicos, como peixes, polvos, crustáceos e até tubarões. A Grande Barreira de Corais na costa da Austrália é o maior recife de coral do planeta.

O próximo grupo de cnidários são os Cifozoários, ou água-viva. Esses animais podem se mover livremente na água. Basicamente, se você imaginar uma anêmona-do-mar de cabeça para baixo, terá uma água-viva. Na verdade, como os cnidários podem vir em duas formas, eles têm nomes para seus planos corporais. Aqueles que se sentam em uma superfície com seus tentáculos apontando para cima são chamados pólipos. Aqueles que nadam com seus tentáculos apontando para baixo são chamados medusas. As medusas obtêm seu alimento da mesma forma que outros cnidários, capturando animais menores com seus tentáculos. Infelizmente, às vezes os nadadores podem entrar acidentalmente em contato com uma água-viva. Na maioria dos casos, a picada de seus tentáculos é dolorosa para os humanos, mas não fatal.

O último grupo de cnidários é o Hidrozoários, que inclui a hidra. Este pequeno organismo é encontrado em água doce e pode ser facilmente cultivado e estudado em um laboratório de biologia. É grande o suficiente para ser visto a olho nu, mas se você quiser ver mais detalhes, coloque a hidra em uma lâmina côncava e observe ao microscópio. Você notará cinco ou seis tentáculos ao redor da boca da hidra. Mesmo com baixa potência, você pode ver as saliências individuais nos tentáculos que marcam a localização dos cnidócitos. Como em todos os cnidários, a hidra tem veneno dentro desses ferrões usados ​​para capturar e paralisar a presa. No fundo da hidra está o seu disco basal, que secreta uma substância pegajosa para se fixar às superfícies. A hidra ainda pode se mover flutuando e também fazendo uma estrela em que ela vira sobre seus tentáculos e volta à sua orientação original.

Você pode até ser capaz de ver a hidra comer colocando um pequeno organismo, como dáfnias ou artémia, no escorregador. Quando esses organismos nadam perto da hidra, eles são imediatamente agarrados pelos tentáculos e consumidos. Como a hidra não tem uma abertura separada para resíduos, qualquer material que não pode ser digerido é regurgitado para fora de sua boca.

Os cnidários não têm cabeça, cérebro ou outros órgãos familiares aos animais. É incrível que eles possam viver, comer e reagir ao seu ambiente. Em vez de um cérebro, seus corpos têm um rede nervosa, que é usado para coordenar seus movimentos e responder ao ambiente. A maioria dos cnidários pode regenerar seus tentáculos ou outras partes danificadas do corpo. Na verdade, eles podem até desenvolver um novo corpo anexado ao seu corpo principal. Esta versão menor de si mesmos é chamada de botão e é uma forma de reprodução assexuada.

Parte A: - Citação. Para cada pergunta abaixo, faça uma anotação no artigo para onde a resposta é encontrada. Use o mesmo número para a pergunta. Circule a resposta correta.

1. A que reino pertencem os cnidários? uma. Animalia b. Porifera c. Cnidaria

2. O que uma hidra poderia comer? uma. algas b. artêmia c. medusa

3. Qual dos seguintes permanece principalmente estacionário, preso a superfícies? uma. medusa b. anêmona do mar c. hidra

4. Um & quotbud & quot é formado por uma hidra como meio de: a. defesa b. natação c. reprodução

5. Os anthozoários foram nomeados assim porque: a. eles pareciam flores b. eles foram encontrados perto de Anthoa c. eles têm ferrões

6. Quais cnidários são mais prováveis ​​de serem estudados em uma aula de biologia? uma. medusa b. anêmona do mar c. hidra

7. Quais das seguintes características são comuns a TODOS os cnidários?
uma. células urticantes b. vivem nos oceanos c. forma do corpo da medusa

8. Como uma hidra remove resíduos ou material não digerido?
uma. sai através de um ânus b. regurgitado pela boca c. absorvido pelos tentáculos

9. As medusas pertencem ao Filo ______ e à Classe ______.
uma. Cnidaria, Anthozoa b. Scyphozoa, Cnidaria c. Cnidaria, Scyphozoa

10. Que estrutura permite que uma água-viva (e outros cnidários) responda ao seu ambiente?
uma. sistema nervoso central b. rede nervosa c. cavidade gastrovascular

Parte B: Resumindo

11. Identifique em uma única frase o PONTO PRINCIPAL do artigo.

12. Crie um diagrama VENN de dois organismos mencionados no artigo que compare e contrasta as características de cada um.


Classe Anthozoa

A classe Anthozoa inclui todos os cnidários que exibem um plano corporal de pólipo, ou seja, não existe um estágio de medusa em seu ciclo de vida. Os exemplos incluem anêmonas do mar (Figura ( PageIndex <4> )), penas do mar e corais, com um número estimado de 6.100 espécies descritas. As anêmonas do mar são geralmente de cores vivas e podem atingir um tamanho de 1,8 a 10 cm de diâmetro. Esses animais são geralmente de forma cilíndrica e estão presos a um substrato. A abertura da boca é cercada por tentáculos contendo cnidócitos.

Figura ( PageIndex <4> ): A anêmona do mar é mostrada (a) fotografada e (b) em um diagrama que ilustra sua morfologia. (crédito a: modificação do trabalho por & quotDancing With Ghosts & quot / Flickr crédito b: modificação do trabalho por NOAA)

A boca de uma anêmona do mar é cercada por tentáculos que contêm cnidócitos. A abertura da boca em forma de fenda e a faringe são revestidas por um sulco denominado sifonóforo. A faringe é a parte muscular do sistema digestivo que serve tanto para ingerir quanto para egestar alimentos, e pode se estender por até dois terços do comprimento do corpo antes de se abrir na cavidade gastrovascular. Esta cavidade é dividida em várias câmaras por septos longitudinais denominados mesentérios. Cada mesentério consiste em uma camada de células ectodérmicas e uma endodérmica com a mesoglea imprensada entre elas. Os mesentérios não dividem a cavidade gastrovascular completamente e as cavidades menores coalescem na abertura da faringe. O benefício adaptativo dos mesentérios parece ser um aumento na área de superfície para absorção de nutrientes e troca gasosa.

As anêmonas do mar se alimentam de pequenos peixes e camarões, geralmente imobilizando suas presas usando os cnidócitos. Algumas anêmonas marinhas estabelecem uma relação mutualística com os caranguejos eremitas, fixando-se na concha do caranguejo. Nessa relação, a anêmona obtém partículas de alimento das presas capturadas pelo caranguejo, e o caranguejo é protegido dos predadores pelas células urticantes da anêmona. Os peixes anêmona, ou peixe-palhaço, são capazes de viver na anêmona, pois são imunes às toxinas contidas nos nematocistos.

Os anthozoários permanecem polipóides ao longo de suas vidas e podem se reproduzir assexuadamente por brotamento ou fragmentação, ou sexualmente, pela produção de gametas. Ambos os gametas são produzidos pelo pólipo, que pode se fundir para dar origem a uma larva de planula que nata livremente. A larva se instala em um substrato adequado e se desenvolve em um pólipo séssil.


Classe Scyphozoa

A classe Scyphozoa inclui todas as geleias e é uma classe exclusivamente marinha de animais com cerca de 200 espécies conhecidas. A característica definidora desta classe é que a medusa é o estágio proeminente no ciclo de vida, embora haja um estágio de pólipo presente. Os membros desta espécie variam de 2 a 40 cm de comprimento, mas a maior espécie de cifozoário, Cyanea capillata, pode atingir um tamanho de 2 m de diâmetro. Os cifozoários exibem uma morfologia semelhante a um sino característica ([link]).


Na água-viva, uma abertura de boca está presente na parte inferior do animal, cercada por tentáculos contendo nematocistos. Os cifozoários vivem a maior parte de seu ciclo de vida como carnívoros solitários que nadam livremente. A boca leva à cavidade gastrovascular, que pode ser seccionada em quatro sacos interconectados, chamados divertículos. Em algumas espécies, o sistema digestivo pode ser ramificado em canais radiais. Como os septos em anthozoários, as células gastrovasculares ramificadas têm duas funções: aumentar a área de superfície para absorção e difusão de nutrientes, portanto, mais células estão em contato direto com os nutrientes na cavidade gastrovascular.

Nos cifozoários, as células nervosas estão espalhadas por todo o corpo. Os neurônios podem até estar presentes em aglomerados chamados rhopalia. Esses animais possuem um anel de músculos que reveste a cúpula do corpo, que fornece a força contrátil necessária para nadar na água. Os cifozoários são animais dióicos, ou seja, os sexos são separados. As gônadas são formadas a partir da gastroderme e os gametas são expelidos pela boca. As larvas de planula são formadas por fertilização externa e se instalam em um substrato em uma forma polipóide conhecida como cifistoma. Essas formas podem produzir pólipos adicionais por brotamento ou podem se transformar na forma medusoide. O ciclo de vida ([link]) desses animais pode ser descrito como polimórfico, porque eles exibem um plano corporal medusal e polipóide em algum ponto de seu ciclo de vida.



Identifique os estágios do ciclo de vida das geleias usando este questionário de animação em vídeo do Aquário da Nova Inglaterra.


3. RESULTADOS

3.1. A luz modula a descarga de cnidócitos em cnidários distantemente relacionados

Nossas análises revelam uma tendência clara entre cnidários distantemente relacionados a usar luz para modular a descarga de seus cnidócitos (Figura & # x000a0 2) e indicam que o ancestral cnidário também foi capaz de fazer isso (Figura & # x000a0 3). No geral, a descarga de cnidócitos nas sondas foi significativamente maior para pólipos expostos a uma luz fraca em comparação com a luz LED azul brilhante (Figura & # x000a0 2). Nosso poder estatístico era muito alto (

100%) para Diadumeno e Aurelia, indicando que podemos estar muito confiantes no efeito da intensidade da luz na descarga de cnidócitos nestes dois táxons divergentes longos & # x02010 (

700 e # x000a0mya). Por outro lado, a potência foi menor para os outros dois táxons (Renilla e Corynactis 40,3% e 52,9%, respectivamente) de modo que, apesar dos efeitos significativos (p& # x000a0 = & # x000a00.025 pol. Corynactis p& # x000a0 = & # x000a00.022 pol. Renilla), eles devem ser considerados com cautela porque a potência baixa pode aumentar a chance de resultados falso-positivos (Christley, & # x000a02010).

A descarga de cnidócitos aumenta quando os pólipos são expostos à luz azul fraca, uma resposta conservada em espécies de cnidários longos e divergentes. Sob luz azul fraca (470 & # x000a0nm 0,1 & # x000a0W / cm 2), a descarga de cnidocistos na matriz de gelatina foi significativamente maior do que em luz azul brilhante (470 & # x000a0nm 2,8 & # x000a0W / cm 2) ensaios (Wilcoxon Rank & # x02010Sum Teste, dois & # x02010tailed Aurelia: p& # x000a0 & # x0003c & # x000a00.0001, Corynactis: p& # x000a0 = & # x000a00.025, Diadumeno: p& # x000a0 & # x0003c & # x000a00.0001, Renilla: p& # x000a0 = & # x000a00.022 veja Materiais e métodos para detalhes). As linhas centrais nos gráficos de caixa correspondem à média da amostra, os extremos superior e inferior representam os pontos de intervalo de confiança de 95% superior e inferior e os bigodes são uma linha de desvio padrão

Reconstrução de estado ancestral de máxima verossimilhança na filogenia principal de Picciani et & # x000a0al. & # X000a0 (2018). Probabilidades marginais de estados ancestrais (descarga de cnidócitos modulada por luz presente, verde ausente, branco) no nó ancestral cnidário são mostradas no gráfico de pizza e inferidas com um modelo de dois estados Markov simétrico & # x02010 (taxas iguais) de evolução de característica. Letras e ovais azuis mostram onde as espécies estudadas são colocadas na filogenia (A: Renilla, B: Diadumeno, C: Corynactis, D: Aurelia) Os estados finais dos grupos para os quais não temos informações sobre a descarga de cnidócitos modulados por luz são classificados como dados ausentes e mostrados como retângulos meio coloridos em verde. Barras horizontais indicam linhagens nas quais os olhos evoluíram de forma convergente. A barra de escala denota o tempo em milhões de anos. Veja a Figura & # x000a0S1 para toda a filogenia com estados ancestrais

Nosso modelo binomial negativo inflado de zero & # x02010 concorda com nossos outros testes estatísticos e, adicionalmente, encontra evidências de uma superabundância de zeros em nossos dados de contagem, especialmente entre condições escuras e dentro Corynactis e Renilla (Zero & # x02010 modelo de inflação, p& # x000a0 & # x0003c & # x000a00.01 para cada). Este modelo foi preferido a uma regressão binomial negativa simples (estatística de teste de Vuong para valores AIC, p& # x000a0 & # x0003c & # x000a00.001), indicando que a contabilização de zeros em excesso em nosso disparo de cnidócitos é um descritor melhor de nossos dados do que não. Neste modelo, as espécies e as condições experimentais explicam significativamente a variação no disparo de cnidócitos (Análise de Desvio, p& # x000a0 & # x0003c & # x000a00.01 para cada). Tomados em conjunto, e como é mais evidente na distribuição de nossos dados (Figura & # x000a0 2), acreditamos que a modulação da luz do disparo dos cnidócitos é provável entre esses táxons.

3.2. Espécie & # x02010 variação específica no número de cnidócitos descarregados

O octocoral Renilla descarregou substancialmente menos cnidócitos em média (de cada tratamento) do que todas as outras espécies, enquanto o scyphopolyp Aurelia descarregou mais cnidócitos do que o octocoral, a anêmona do mar Diadumeno e o coralimorfo Corynactis. Isso poderia ser explicado por uma densidade comparável de cnidócitos entre as espécies, mas uso diferencial, variação da densidade de cnidócitos em tentáculos entre as espécies ou uma combinação de ambos. Por exemplo, os octocorais muitas vezes carecem de cnidócitos, e outras espécies de Renilla possuem baixos números de um tipo simples de nematócito (Mariscal & # x00026 Bigger, 1977). Por sua vez, os cifopolipips dependem principalmente de apenas um tipo de cnidócito, o nematócito, ao contrário da maioria dos anthozoários, que usam dois tipos de cnidócitos (nematócitos e espirócitos) para laçar as presas (Fautin, 2009). Que o scyphopolyp Aurelia depende apenas de nematócitos pode explicar suas médias de descarga mais altas em comparação com outras espécies.


Transcriptômica específica de tecido: uma abordagem direta para identificar GRNs de cnidócitos

Diagrama de Venn indicando genes alvo de interesse. Os alvos capturados na seção A incluirão aqueles expressos em cnidócitos maduros (encontrados em todos os três tecidos), bem como genes de manutenção (encontrados em todas as células). Metas na seção B incluirá os genes da via de desenvolvimento dos cnidócitos, bem como genes de quaisquer outras linhagens celulares a jusante das células em proliferação mostradas nas Fig. 2D e F.

Diagrama de Venn indicando genes alvo de interesse. Os alvos capturados na seção A incluirão aqueles expressos em cnidócitos maduros (encontrados em todos os três tecidos), bem como genes de manutenção (encontrados em todas as células). Metas na seção B incluirá os genes da via de desenvolvimento dos cnidócitos, bem como genes de quaisquer outras linhagens celulares a jusante das células em proliferação mostradas nas Fig. 2D e F.

Nematostella vectensis novamente fornece uma oportunidade única para a análise comparativa do transcriptoma específico do tecido em sua posse de nematossomas (Fig. 2G). Exclusivo para anêmonas do gênero Nematostella, nematossomas são pequenas massas celulares autônomas que surgem do componente ectodérmico dos mesentérios (Fig. 2H Williams 1975) e circulam na cavidade gastrovascular da anêmona adulta com uma função desconhecida (Williams 1979 Hand e Uhlinger 1992). Embora os nematossomas estejam repletos de cnidócitos maduros (Fig. 2G e H), não há evidências que sugiram que a diferenciação de cnidócitos ocorra neste tecido (Fig. 2I), tornando os nematossomas extremamente valiosos para distinguir entre os genes envolvidos no desenvolvimento de cnidócitos e genes responsável pela manutenção da identidade de cnidócitos maduros. Enquanto a última categoria de genes (envolvidos na manutenção de células maduras) será expressa na união de todos os três tecidos (Grupo A Fig. 3), aqueles envolvidos em grande parte no desenvolvimento de cnidócitos serão excluídos dos nematossomas (Grupo B Fig. 3). Assim, a inclusão de nematossomas nesta análise fornece uma oportunidade importante para enfocar o conjunto de genes perseguidos em estudos posteriores de desenvolvimento de cnidócitos e também fornece uma oportunidade recíproca para futuras comparações da manutenção da identidade em cada um dos três tipos de cnidócitos encontrados nos vários tecidos em N. vectensis. De fato, análises futuras focadas em sequências na união de todos os três tecidos (Grupo A) serão críticas para estabelecer a identidade molecular de cnidócitos maduros e se beneficiarão muito de análises comparativas incorporando dados recentes sobre o proteoma de cnidócitos (Moran et al. 2013) . Embora simples no design, sugerimos que a abordagem descrita aqui pode ser particularmente útil para investigações de outros sistemas modelo emergentes em que alguns dados já foram coletados usando uma estratégia de gene candidato, mas o GRN completo para a célula, tecido ou processo de interesse continua a ser caracterizado. Como os cnidócitos são fáceis de identificar usando apenas microscopia de luz (Ostman 2000), esta abordagem também pode ser particularmente útil para estudos futuros que visam caracterizar a geração de cnidócitos específica de tecido em vários taxa de cnidários.

A redução dramática no custo do sequenciamento na última década resultou em um aumento dramático no número de espécies, tecidos e células para os quais os dados transcriptômicos (mRNAseq) tornaram-se disponíveis. Entre cnidários, conjuntos de dados de mRNAseq estão agora disponíveis para pelo menos 12 taxa diferentes que representam linhagens de anthozoários e hidrozoários: Acropora millepora, A. palmata, A. hyacinthus, Aiptasia pallida, Craspedacusta sowerbyi, Favia sp., Hydra vulgaris, Hydractinia symbiolongicarpus, Nanomia bijuga, N. vectensis, Pocillopora damicornis, e Porites australiensis (Polato et al. 2011 Siebert et al. 2011 Traylor-Knowles et al. 2011 Hroudova et al. 2012 Lehnert et al. 2012 Moya et al. 2012 Barshis et al. 2013 Mehr et al. 2013 Tulin et al. 2013 Wenger e Galliot 2013 Shinzato et al. 2014 Zárate-Potes e Cadavid 2014). O aumento paralelo na disponibilidade de software amigável para de novo a montagem do transcriptoma (Robertson et al. 2010 Grabherr et al. 2011 Schulz et al. 2012 Brown et al. 2013) facilitou muito a descoberta de novos genes (por exemplo, novos genes taxonomicamente restritos, transcritos contendo ORF curtos e pseudogenes) ( Lehnert et al., 2012, Moya et al., 2012, Mehr, et al., 2013, Wenger e, Galliot, 2013) entre esses taxa não-modelo. Juntamente com abordagens de modelagem desenvolvidas recentemente destinadas a inferir cis- relações regulatórias de dados de sequenciamento (Dresch et al. 2013), a amostragem contínua de diversos taxa cnidários com uma ênfase particular em estudos de expressão específica de tecido permitirá testes futuros de conservação GRN de cnidócitos entre linhagens.

Como em qualquer estudo transcriptômico, existem ressalvas com essa abordagem que devem ser consideradas. Em primeiro lugar, todos os três tecidos-alvo (mesentérios, tentáculos e nematossomas) são compostos por muitos tipos de células diferentes, portanto, usando apenas a transcriptômica, não será possível discriminar genes expressos na linhagem de cnidócitos em desenvolvimento daqueles expressos em qualquer outra linhagem celular que pode estar sofrendo proliferação e / ou diferenciação ao mesmo tempo. Ainda será necessário, portanto, aplicar processos a jusante para determinar (1) onde / quando os transcritos alvo (por exemplo, fatores de transcrição e moléculas de sinalização) são expressos em relação ao tempo de proliferação e de desenvolvimento de cnidocisto e (2) o efeito de knockdown do gene alvo na expressão de marcadores de desenvolvimento de cnidocisto. Além disso, como os cnidócitos se desenvolvem continuamente em tentáculos e inmesentérios e porque vários tipos de cnidócitos são conhecidos por se desenvolverem em ambos esses tecidos (Zenkert et al. 2011), qualquer conjunto de dados transcriptômicos único, sem dúvida, incluirá genes expressos de vários tipos de cnidócitos e de várias vezes ao longo da via de diferenciação desses cnidócitos. Para construir as relações entre as transcrições na rede subjacente a cada tipo de cnidócito (por exemplo, quais fatores de transcrição regulam quais alvos), será necessário emparelhar ensaios funcionais a jusante (por exemplo, knockdown de gene) com análise cuidadosa da ultraestrutura dos cnidócitos (por exemplo , usando microscopia eletrônica). Avanços recentes no número e na natureza das ferramentas moleculares disponíveis para uso em N. vectensis (incluindo dupla fluorescência no local técnicas de hibridização, knockdown / superexpressão e o desenvolvimento recente de linhagens transgênicas (Renfer et al. 2010 Rottinger et al. 2012 Layden et al. 2013) tornaram os ensaios funcionais deste tipo possíveis neste sistema e irão facilitar os estudos a jusante de regulação gênica necessária para construir totalmente os GRNs de cada tipo de cnidócito. Como pouco se sabe sobre a regulação do desenvolvimento de cnidócitos fora do Hydrozoa, esta abordagem exigirá necessariamente uma ampla triagem de fatores de transcrição expressos nos tecidos de interesse. Felizmente, a presença / ausência de cnidócitos é fácil de testar (mesmo quando se usa apenas microscopia de luz), proporcionando assim um meio simples e inequívoco para avaliar os efeitos iniciais do knockdown do gene alvo.

Embora agora seja técnica e financeiramente viável coletar dados do transcriptoma de várias amostras em vários tratamentos (na verdade, mesmo de células individuais) (Hemmrich et al. 2012), muitos desafios para a análise deste tipo de dados ainda existem (para revisões recentes , ver McGettigan 2013 Sims et al. 2014). É importante ressaltar que a identificação de um conjunto razoável de genes alvo para perseguir em aplicações downstream (por exemplo, experimentos knockdown / knockout, sequenciamento direcionado ou qPCR) pode ser um desafio formidável. Muitos estudos procuram identificar suítes de genes alvo, identificando diferenças no nível do transcriptoma na expressão gênica, mas os conjuntos de dados RNAseq são inerentemente ruidosos (Marinov et al. 2013 McDavid et al. 2013 Wills et al. 2013), o que pode resultar em maior detecção de ambos falsos positivos e falsos negativos. Felizmente, muitas abordagens analíticas foram desenvolvidas para combater esses desafios (Li e Dewey 2011 Tarazona et al. 2011 McDavid et al. 2013 Wagner et al. 2013), facilitando assim a aplicação de dados de sequenciamento em grande escala para uma ampla gama de experimentais condições e em táxons diversos e divergentes.


Nova era na pesquisa em biologia de corais: os cientistas cultivaram as primeiras linhas celulares estáveis ​​de corais

Pesquisadores no Japão estabeleceram linhas celulares sustentáveis ​​em um coral, de acordo com um estudo publicado hoje (25 de abril de 2021) em Biotecnologia Marinha.

Sete das oito culturas de células, semeadas do coral pedregoso, Acropora tenuis, proliferaram continuamente por mais de 10 meses, relataram os cientistas.

& # 8220O estabelecimento de linhas de células estáveis ​​para organismos marinhos, especialmente corais, se mostrou muito difícil no passado & # 8221 disse o professor Satoh, autor sênior do estudo e chefe da Unidade de Genômica Marinha do Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade de Graduação de Okinawa (OIST). & # 8220Este sucesso pode provar ser um momento crucial para obter uma compreensão mais profunda da biologia desses animais de vital importância. & # 8221

Acropora tenuis pertence aos Acroporidae família, o tipo mais comum de coral encontrado em recifes tropicais e subtropicais. Esses corais rochosos são de crescimento rápido e, portanto, desempenham um papel crucial na formação estrutural dos recifes de coral.

Contudo, Acroporidae os corais são particularmente suscetíveis a mudanças nas condições do oceano, muitas vezes passando por eventos de branqueamento quando as temperaturas aumentam ou quando os oceanos acidificam. Estabelecer conhecimento sobre a biologia básica desses corais por meio de linhagens celulares pode um dia ajudar a protegê-los contra as mudanças climáticas, explicou o professor Satoh.

Criando as culturas

No estudo, o professor Satoh trabalhou em estreita colaboração com o professor Kaz Kawamura da Universidade Kochi - um especialista no desenvolvimento e manutenção de culturas de células de organismos marinhos.

Como os corais adultos hospedam uma grande variedade de organismos marinhos microscópicos, o grupo escolheu tentar criar as linhagens celulares de larvas de coral para reduzir as chances de contaminação cruzada. Outro benefício do uso de células larvais é que elas se dividem mais facilmente do que as células adultas, tornando-as potencialmente mais fáceis de cultivar.

Os pesquisadores usaram espécimes de coral no laboratório para isolar óvulos e espermatozóides e fertilizar os óvulos. Depois que as larvas de coral se desenvolveram, elas as separaram em células individuais e as cultivaram em placas de Petri.

A imagem do microscópio mostra três das linhagens celulares estabelecidas no estudo, variando em cor e forma. Crédito: OIST

Inicialmente, as tentativas de cultura terminaram em fracasso. & # 8220Pequenos corpos de bolha apareceram e ocuparam a maior parte da placa de Petri, & # 8221 disse o professor Kaz Kawamura. & # 8220 Mais tarde, descobrimos que esses eram fragmentos de células de coral pedregoso moribundas. & # 8221

No segundo ano, o grupo descobriu que, ao adicionar uma protease chamada plasmina ao meio de cultura de células, logo no início da cultura, podiam impedir a morte das células rochosas do coral e mantê-las crescendo.

Duas a três semanas depois, as células larvais se desenvolveram em oito tipos diferentes de células, que variaram em cor, forma e atividade genética. Sete dos oito continuaram a se dividir indefinidamente para formar novas células de coral.

Explorando a simbiose essencial para a sobrevivência do coral

Um dos avanços mais interessantes deste estudo foi que algumas das linhas celulares eram semelhantes em forma e atividade genética às células endodérmicas. O endoderma é a camada interna de células formada cerca de um dia depois que os ovos do coral são fertilizados.

É importante ressaltar que são as células da endoderme que incorporam as algas simbióticas, que fotossintetizam e fornecem nutrientes para sustentar o coral.

Os corais são um dos animais mais simples, com apenas duas camadas de células (chamadas camadas germinativas) formando-se no início do desenvolvimento embrionário - uma camada interna, o endoderma, e uma camada externa, o ectoderma. Cada camada de células germinativas acaba se desenvolvendo em diferentes tipos de células, incluindo células digestivas, células parecidas com músculos, células parecidas com nervos e células urticantes (cnidócitos), mas como cada tipo de célula se forma durante o desenvolvimento ainda requer investigação. Crédito: OIST

& # 8220 Neste momento, a necessidade mais urgente na biologia do coral é entender a interação entre o animal coral e seu simbionte fotossintético no nível celular, e como essa relação colapsa sob estresse, levando ao branqueamento e morte do coral, & # 8221 disse o professor David Miller, um importante biólogo de corais da James Cook University, Austrália, que não esteve envolvido no estudo.

Ele continuou: & # 8220Sujeito à confirmação de que essas células em cultura representam o endoderma do coral, análises moleculares detalhadas da interação coral / fotossimbionte seriam então possíveis - e a partir disso, avanços reais na compreensão e talvez na prevenção do branqueamento do coral poderiam fluir. & # 8221

Para o professor Satoh, seu interesse é em como as células fotossimbióticas das algas, que são quase tão grandes quanto as células larvais, entram inicialmente no coral.

& # 8220As algas são incorporadas às células do coral cerca de uma semana após o primeiro desenvolvimento das larvas & # 8221, disse o Prof. Satoh. & # 8220Mas ninguém ainda observou esse evento endossimbiótico em uma única célula antes. & # 8221

Uma nova era para a pesquisa de células de coral

Os cientistas também descobriram que as linhas de células de coral ainda eram viáveis ​​depois de serem congeladas com nitrogênio líquido e descongeladas. & # 8220Isto é crucial para poder fornecer com sucesso as linhas de células de coral para laboratórios de pesquisa em todo o mundo, & # 8221 disse o professor Satoh.

As implicações para pesquisas futuras usando essas linhas de células são de longo alcance, abrangendo desde a pesquisa sobre como as células individuais de coral respondem à poluição ou temperaturas mais altas, até o estudo de como os corais produzem o carbonato de cálcio que constrói seu esqueleto.

A pesquisa também pode fornecer mais informações sobre como os corais se desenvolvem, o que pode melhorar nossa capacidade de cultivar corais.

Em pesquisas futuras, a equipe espera estabelecer linhas de células clonais, o que significa que todas as células da cultura são geneticamente idênticas.

& # 8220 Isso nos dará uma ideia muito mais clara de exatamente quais tipos de células de coral estamos cultivando, por exemplo, células semelhantes às do intestino ou células nervosas, observando quais genes são ativados e desativados nas células, & # 8221 disse Professor Satoh.

Referência: & # 8220Estabelecendo linhas celulares sustentáveis ​​de um coral, Acropora tenuis & # 8221 por Kaz Kawamura, Koki Nishitsuji, Eiichi Shoguchi, Shigeki Fujiwara e Noriyuki Satoh, 26 de abril de 2021, Biotecnologia Marinha.
DOI: 10.1007 / s10126-021-10031-w


Classe Scyphozoa

A classe Scyphozoa inclui todas as geleias e é uma classe exclusivamente marinha de animais com cerca de 200 espécies conhecidas. A característica definidora desta classe é que a medusa é o estágio proeminente no ciclo de vida, embora haja um estágio de pólipo presente. Os membros desta espécie variam de 2 a 40 cm de comprimento, mas a maior espécie de cifozoário, Cyanea capillata, pode atingir um tamanho de 2 m de diâmetro. Os cifozoários exibem uma morfologia semelhante a um sino característica (Figura 2).

Figura 2. Uma geléia é mostrada (a) fotografada e (b) em um diagrama que ilustra sua morfologia. (crédito a: modificação da obra de & ldquoJimg944 & Prime / Flickr crédito b: modificação da obra de Mariana Ruiz Villareal)

Na água-viva, uma abertura de boca está presente na parte inferior do animal, cercada por tentáculos contendo nematocistos. Os cifozoários vivem a maior parte de seu ciclo de vida como carnívoros solitários que nadam livremente. A boca leva à cavidade gastrovascular, que pode ser seccionada em quatro sacos interconectados, chamados divertículos. Em algumas espécies, o sistema digestivo pode ser ramificado em canais radiais. Como os septos em anthozoários, as células gastrovasculares ramificadas têm duas funções: aumentar a área de superfície para absorção e difusão de nutrientes, portanto, mais células estão em contato direto com os nutrientes na cavidade gastrovascular.

Nos cifozoários, as células nervosas estão espalhadas por todo o corpo. Os neurônios podem até estar presentes em aglomerados chamados rhopalia. Esses animais possuem um anel de músculos que reveste a cúpula do corpo, que fornece a força contrátil necessária para nadar na água. Os cifozoários são animais dióicos, ou seja, os sexos são separados. As gônadas são formadas a partir da gastroderme e os gametas são expelidos pela boca. As larvas de planula são formadas por fertilização externa e se instalam em um substrato em uma forma polipóide conhecida como cifistoma. Essas formas podem produzir pólipos adicionais por brotamento ou podem se transformar na forma medusoide. O ciclo de vida (Figura 3) desses animais pode ser descrito como polimórfico, porque eles exibem um plano corporal medusal e polipóide em algum momento de seu ciclo de vida.

Figura 3. O ciclo de vida de uma água-viva inclui dois estágios: o estágio da medusa e o estágio do pólipo. O pólipo se reproduz assexuadamente por brotamento, e a medusa se reproduz sexualmente. (crédito & ldquomedusa & rdquo: modificação do trabalho de Francesco Crippa) Identifique os estágios do ciclo de vida das geleias usando este questionário de animação em vídeo do Aquário da Nova Inglaterra.


Células ardentes em Hydra sem olhos reagem à luz

Linda fotomicrografia, ilustrando os tentáculos das lâmpadas de Hydra magnipapillata. Os neurônios, incluindo cnidócitos, são corados de vermelho e os núcleos são corados de azul. A musculatura é mostrada em verde Crédito: BMC Biology

O Cnidário, Hidra é familiar para nós pelos mitos gregos e como um pequeno habitante de água doce. Apesar de sua falta de olhos, sabe-se que Hydra magnipapillata reage à luz e agora as pesquisas descobriram como. Trabalho como esse não é diferente do trabalho com humanos ou outros organismos videntes. Aparentemente, temos o mesmo produto químico opsina que reage à luz e, muito provavelmente, temos o Hidra como um ancestral distante!

Pode-se pensar que a pesquisa sobre criaturas tão simples descobriu tudo o que há para saber, mas David C Plachetzki e os outros autores da Universidade da Califórnia (Davis e Santa Bárbara) expressam preocupação de que ainda há mais a ser aprendido sobre o sensorial recepção de seus cnidócitos.

Os cnidócitos são a chave para este artigo em BMC Biology também. Eles são as células pungentes clássicas de todas as águas-vivas e corais, assim como este Hidra, na verdade a espécie, Hydra magnipapillata. Eles são conhecidos por reagir a produtos químicos e efeitos físicos em seu "gatilho" por muitos anos. Nesse caso, as picadas são disparadas em resposta às intensidades da luz, que são determinadas pela opsina. A opsina reage à luz exatamente como a rodopsina em nossa retina.

Uma Hydra completa, mostrando os cnidócitos fortemente corados (células picantes) destacando-se dos tentáculos mais transparentes via Shutterstock

O Dr. Plachetski explica: "Não só encontramos opsina nos neurônios sensoriais que se conectam aos cnidócitos no Hidra, mas também encontramos outros componentes de fototransdução nessas células. Estes incluíam canais de íons controlados por nucleotídeos cíclicos (CNG) necessários para transferir o sinal e uma versão hidra de arrestina, que limpa o quadro de fototransdução para um segundo sinal. "Embora a química seja complicada, isso explica que o animal está perto de o funcionamento de alguns produtos químicos sensoriais da retina.

O uso do sistema de detecção de luz de opsina é para regular a captura de pulgas d'água (Daphnia) em que o Alimentação Hydra. A rede nervosa que usa para integrar seu comportamento simples e sem cérebro pode fazer com que se mova para a área onde Daphnia reúna-se para se alimentar na superfície e depois dispare suas picadas para segurá-los e prendê-los. É intrigante como o organismo usa a informação da luz para disparar contra a presa. Informações leves podem ser usadas para disparar ferroadas para defesa ou agressão, visto que altas intensidades de luz deprimem o disparo das ferroadas. Certamente o desperdício de cnidócitos energéticos poderia ser evitado. A alimentação é ajustada para um regime de luz fraca, como ao anoitecer. As sombras podem causar disparos em milissegundos, já que um item de presa (ou predador) ofusca o Hidra. Outros usos da opsina para inibir as células de cnidócitos também são sugeridos quando a Hydra dá uma cambalhota para se deslocar para um local diferente.

É possível que a importância dessa pesquisa da opsina seja sentida mais claramente na evolução do olho. Este mais antigo dos animais multicelulares tem produtos químicos semelhantes aos Cordados (por exemplo, nós mesmos). Alguns de seus membros desenvolveram olhos muito simples, o que significa que o Hidra poderia ter o ancestral sistema de recepção de luz que seus parentes mais "modernos" desenvolveram como estruturas ópticas.


28.2 Filo Cnidaria

O filo Cnidaria inclui animais que apresentam simetria radial ou birradial e são diploblásticos, ou seja, se desenvolvem a partir de duas camadas embrionárias. Nearly all (about 99 percent) cnidarians are marine species.

Cnidarians contain specialized cells known as cnidocytes (“stinging cells”) containing organelles called nematocysts (stingers). These cells are present around the mouth and tentacles, and serve to immobilize prey with toxins contained within the cells. Nematocysts contain coiled threads that may bear barbs. The outer wall of the cell has hairlike projections called cnidocils, which are sensitive to touch. When touched, the cells are known to fire coiled threads that can either penetrate the flesh of the prey or predators of cnidarians (see Figure 28.5) or ensnare it. These coiled threads release toxins into the target and can often immobilize prey or scare away predators.

View this video animation showing two anemones engaged in a battle.

Animals in this phylum display two distinct morphological body plans: polyp or “stalk” and medusa or “bell” (Figure 28.6). An example of the polyp form is Hidra spp. perhaps the most well-known medusoid animals are the jellies (jellyfish). Polyp forms are sessile as adults, with a single opening to the digestive system (the mouth) facing up with tentacles surrounding it. Medusa forms are motile, with the mouth and tentacles hanging down from an umbrella-shaped bell.

Some cnidarians are polymorphic, that is, they have two body plans during their life cycle. An example is the colonial hydroid called an Obelia. The sessile polyp form has, in fact, two types of polyps, shown in Figure 28.7. The first is the gastrozooid, which is adapted for capturing prey and feeding the other type of polyp is the gonozooid, adapted for the asexual budding of medusa. When the reproductive buds mature, they break off and become free-swimming medusa, which are either male or female (dioecious). The male medusa makes sperm, whereas the female medusa makes eggs. After fertilization, the zygote develops into a blastula, which develops into a planula larva. The larva is free swimming for a while, but eventually attaches and a new colonial reproductive polyp is formed.

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Click here to follow the life cycle of the Obelia.

All cnidarians show the presence of two membrane layers in the body that are derived from the endoderm and ectoderm of the embryo. The outer layer (from ectoderm) is called the epidermis and lines the outside of the animal, whereas the inner layer (from endoderm) is called the gastrodermis and lines the digestive cavity. Between these two membrane layers is a non-living, jelly-like mesoglea connective layer. In terms of cellular complexity, cnidarians show the presence of differentiated cell types in each tissue layer, such as nerve cells, contractile epithelial cells, enzyme-secreting cells, and nutrient-absorbing cells, as well as the presence of intercellular connections. However, the development of organs or organ systems is not advanced in this phylum.

The nervous system is primitive, with nerve cells scattered across the body. This nerve net may show the presence of groups of cells in the form of nerve plexi (singular plexus) or nerve cords. The nerve cells show mixed characteristics of motor as well as sensory neurons. The predominant signaling molecules in these primitive nervous systems are chemical peptides, which perform both excitatory and inhibitory functions. Despite the simplicity of the nervous system, it coordinates the movement of tentacles, the drawing of captured prey to the mouth, the digestion of food, and the expulsion of waste.

The cnidarians perform extracellular digestion in which the food is taken into the gastrovascular cavity, enzymes are secreted into the cavity, and the cells lining the cavity absorb nutrients. The gastrovascular cavity has only one opening that serves as both a mouth and an anus, which is termed an incomplete digestive system. Cnidarian cells exchange oxygen and carbon dioxide by diffusion between cells in the epidermis with water in the environment, and between cells in the gastrodermis with water in the gastrovascular cavity. The lack of a circulatory system to move dissolved gases limits the thickness of the body wall and necessitates a non-living mesoglea between the layers. There is no excretory system or organs, and nitrogenous wastes simply diffuse from the cells into the water outside the animal or in the gastrovascular cavity. There is also no circulatory system, so nutrients must move from the cells that absorb them in the lining of the gastrovascular cavity through the mesoglea to other cells.

The phylum Cnidaria contains about 10,000 described species divided into four classes: Anthozoa, Scyphozoa, Cubozoa, and Hydrozoa. The anthozoans, the sea anemones and corals, are all sessile species, whereas the scyphozoans (jellyfish) and cubozoans (box jellies) are swimming forms. The hydrozoans contain sessile forms and swimming colonial forms like the Portuguese Man O’ War.

Classe Anthozoa

The class Anthozoa includes all cnidarians that exhibit a polyp body plan only in other words, there is no medusa stage within their life cycle. Examples include sea anemones (Figure 28.8), sea pens, and corals, with an estimated number of 6,100 described species. As anêmonas do mar são geralmente de cores vivas e podem atingir um tamanho de 1,8 a 10 cm de diâmetro. Esses animais são geralmente de forma cilíndrica e estão presos a um substrato. A abertura da boca é cercada por tentáculos contendo cnidócitos.

A boca de uma anêmona do mar é cercada por tentáculos que contêm cnidócitos. The slit-like mouth opening and pharynx are lined by a groove called a siphonophore . A faringe é a parte muscular do sistema digestivo que serve tanto para ingerir quanto para egestar alimentos, e pode se estender por até dois terços do comprimento do corpo antes de se abrir na cavidade gastrovascular. Esta cavidade é dividida em várias câmaras por septos longitudinais denominados mesentérios. Cada mesentério consiste em uma camada de células ectodérmicas e uma endodérmica com a mesoglea imprensada entre elas. Os mesentérios não dividem a cavidade gastrovascular completamente e as cavidades menores coalescem na abertura da faringe. O benefício adaptativo dos mesentérios parece ser um aumento na área de superfície para absorção de nutrientes e troca gasosa.

As anêmonas do mar se alimentam de pequenos peixes e camarões, geralmente imobilizando suas presas usando os cnidócitos. Algumas anêmonas marinhas estabelecem uma relação mutualística com os caranguejos eremitas ao se prenderem à concha do caranguejo. Nessa relação, a anêmona obtém partículas de alimento das presas capturadas pelo caranguejo, e o caranguejo é protegido dos predadores pelas células urticantes da anêmona. Os peixes anêmona, ou peixe-palhaço, são capazes de viver na anêmona, pois são imunes às toxinas contidas nos nematocistos.

Os anthozoários permanecem polipóides ao longo de suas vidas e podem se reproduzir assexuadamente por brotamento ou fragmentação, ou sexualmente, pela produção de gametas. Ambos os gametas são produzidos pelo pólipo, que pode se fundir para dar origem a uma larva de planula que nata livremente. A larva se instala em um substrato adequado e se desenvolve em um pólipo séssil.

Classe Scyphozoa

A classe Scyphozoa inclui todas as geleias e é uma classe exclusivamente marinha de animais com cerca de 200 espécies conhecidas. A característica definidora desta classe é que a medusa é o estágio proeminente no ciclo de vida, embora haja um estágio de pólipo presente. Os membros desta espécie variam de 2 a 40 cm de comprimento, mas a maior espécie de cifozoário, Cyanea capillata, pode atingir um tamanho de 2 m de diâmetro. Scyphozoans display a characteristic bell-like morphology (Figure 28.9).

Na água-viva, uma abertura de boca está presente na parte inferior do animal, cercada por tentáculos contendo nematocistos. Os cifozoários vivem a maior parte de seu ciclo de vida como carnívoros solitários que nadam livremente. A boca leva à cavidade gastrovascular, que pode ser seccionada em quatro sacos interconectados, chamados divertículos. Em algumas espécies, o sistema digestivo pode ser ramificado em canais radiais. Like the septa in anthozoans, the branched gastrovascular cells serve two functions: to increase the surface area for nutrient absorption and diffusion thus, more cells are in direct contact with the nutrients in the gastrovascular cavity.

Nos cifozoários, as células nervosas estão espalhadas por todo o corpo. Os neurônios podem até estar presentes em aglomerados chamados rhopalia. Esses animais possuem um anel de músculos que reveste a cúpula do corpo, que fornece a força contrátil necessária para nadar na água. Os cifozoários são animais dióicos, ou seja, os sexos são separados. As gônadas são formadas a partir da gastroderme e os gametas são expelidos pela boca. Planula larvae are formed by external fertilization they settle on a substratum in a polypoid form known as scyphistoma. Essas formas podem produzir pólipos adicionais por brotamento ou podem se transformar na forma medusoide. The life cycle (Figure 28.10) of these animals can be described as polymorphic , because they exhibit both a medusal and polypoid body plan at some point in their life cycle.

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Identifique os estágios do ciclo de vida das geleias usando este questionário de animação em vídeo do Aquário da Nova Inglaterra.

Classe Cubozoa

This class includes jellies that have a box-shaped medusa, or a bell that is square in cross-section hence, are colloquially known as “box jellyfish.” Essas espécies podem atingir tamanhos de 15 a 25 cm. Os cubozoários apresentam características morfológicas e anatômicas gerais semelhantes às dos cifozoários. Uma diferença importante entre as duas classes é a disposição dos tentáculos. This is the most venomous group of all the cnidarians (Figure 28.11).

Os cubozoários contêm almofadas musculares chamadas pedalia nos cantos do dossel de sino quadrado, com um ou mais tentáculos presos a cada pedália. Esses animais são ainda classificados em ordens com base na presença de um ou vários tentáculos por pedálio. Em alguns casos, o sistema digestivo pode se estender até a pedália. Nematocysts may be arranged in a spiral configuration along the tentacles this arrangement helps to effectively subdue and capture prey. Os cubozoários existem em uma forma polipóide que se desenvolve a partir de uma larva de planula. Esses pólipos apresentam mobilidade limitada ao longo do substrato e, como os cifozoários, podem brotar para formar mais pólipos para colonizar um habitat. As formas de pólipos então se transformam nas formas medusoides.

Classe Hydrozoa

Hydrozoa includes nearly 3,200 species most are marine, although some freshwater species are known (Figure 28.12). Animals in this class are polymorphs, and most exhibit both polypoid and medusoid forms in their lifecycle, although this is variable.

A forma de pólipo nesses animais freqüentemente mostra uma morfologia cilíndrica com uma cavidade gastrovascular central revestida pela gastroderme. A gastroderme e a epiderme têm uma camada simples de mesoglea imprensada entre elas. Uma abertura de boca, rodeada por tentáculos, está presente na extremidade oral do animal. Muitos hidrozoários formam colônias compostas por uma colônia ramificada de pólipos especializados que compartilham uma cavidade gastrovascular, como no hidróide colonial Obelia. As colônias também podem ser de flutuação livre e conter indivíduos medusoides e polipóides na colônia, como em Physalia (a Man O 'War portuguesa) ou Velella (Marinheiro pelo vento). Mesmo outras espécies são pólipos solitários (Hidra) ou medusas solitárias (Gonionemus) A verdadeira característica compartilhada por todas essas espécies diversas é que suas gônadas para reprodução sexual são derivadas do tecido epidérmico, enquanto em todos os outros cnidários elas são derivadas do tecido gastrodérmico.


Assista o vídeo: Zachwycające meduzy - zobacz, jak wyglądają (Agosto 2022).