Hydra (género)

Género de cnidarios

Este artículo trata sobre el animal acuático. Para monstruo mitológico, vea Lernaean Hydra . Para otros usos, vea Hydra (desambiguación) .

Hidra
Especies de hidra
clasificación cientifica
Reino:	Animalia
Filo:	Cnidaria
Clase:	Hidrozoos
Pedido:	Anthoathecata
Familia:	Hydridae Dana, 1846
Género:	Hydra Linnaeus , 1758 [1]
Especies [1]
Lista * Hydra baikalensis Swarczewsky, 1923 * Ventilador Hydra beijingensis , 2003 * Hydra canadensis Rowan, 1930 * Hydra cauliculata Hyman, 1938 * Hydra circumcincta Schulze, 1914 * Ventilador Hydra daqingensis , 2000 * Hydra ethiopiae Hickson, 1930 * Hydra hadleyi (Forrest, 1959) * Hydra harbinensis Fan & Shi, 2003 * Hydra hymanae Hadley y Forrest, 1949 * Hydra iheringi Cordero, 1939 * Hydra intaba Ewer, 1948 * Hydra intermedia De Carvalho Wolle, 1978 * Hydra japonica Itô, 1947 * Hydra javanica Schulze, 1929 * Hydra liriosoma Campbell, 1987 * Hydra madagascariensis Campbell, 1999 * Hydra magellanica Schulze, 1927 * Hydra mariana Cox & Young, 1973 * Hydra minima Forrest, 1963 * Hydra mohensis Fan & Shi, 1999 * Hydra oligactis Pallas, 1766 * Hydra oregona Griffin y Peters, 1939 * Hydra oxycnida Schulze, 1914 * Hydra paludicola Itô, 1947 * Hydra paranensis Cernosvitov, 1935 * Hydra parva Itô, 1947 * Hydra plagiodesmica Dioni, 1968 * Hydra polymorpha Chen y Wang, 2008 * Hydra robusta (Itô, 1947) * Hydra rutgersensis Forrest, 1963 * Hydra salmacidis Lang da Silveira et al., 1997 * Hydra sinensis Wang et al., 2009 * Hydra thomseni Cordero, 1941 * Hydra umfula Ewer, 1948 * Hydra utahensis Hyman, 1931 * Hydra viridissima Pallas, 1766 * Hydra vulgaris Pallas, 1766 * Hydra zeylandica Burt, 1929 * Hydra zhujiangensis Liu y Wang, 2010

Hydra ( / h aɪ d r ə / HY -drə ) es un género de organismos pequeños, de agua dulce del phylum Cnidaria y la clase Hydrozoa . Son nativos de las regiones templadas y tropicales. ^{[2] [3] Los} biólogos están especialmente interesados ​​en Hydra debido a su capacidad regenerativa : no parece que mueran de vejez, ni tampoco que envejezcan en absoluto.

Morfología

Dibujo esquemático de un nematocisto en descarga

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

En el extremo libre del cuerpo hay una boca rodeada de uno a doce tentáculos móviles delgados . Cada tentáculo, o cnida (plural: cnidae), está revestido de células punzantes 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 estrecho del cnidocito hay un pelo de gatillo corto llamado cnidocilo. Al entrar en contacto con la presa, el contenido del nematocisto se descarga explosivamente, disparando un hilo similar a un dardo que contiene neurotoxinas en lo que sea que desencadenó 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 componen estas dos capas corporales son relativamente simples. Hydramacin ^[4] es un bactericida descubierto recientemente en Hydra ; protege la capa exterior contra infecciones. Una sola Hydra se compone de 50.000 a 100.000 células que constan de tres células madre específicaspoblaciones que crearán muchos tipos de células diferentes. Estas células madre se renovarán continuamente en la columna del cuerpo . ^[5] Las hidras 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 Hydra se corta en muchos segmentos, las rebanadas del medio formarán tanto una "cabeza" como un "pie". ^[6]

La respiración y la excreción ocurren por difusión a través de la superficie de la epidermis , mientras que las excretas más grandes se descargan por la boca. ^{[7] [8]}

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 ni 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 ganglionares interconectadas que forman sinapsis con células epiteliales o motoras.

Algunos tienen solo dos capas de neuronas . ^[9]

Movimiento y locomoción

Hydra adherida a un sustrato

Si Hydra está alarmado o atacado, los tentáculos se pueden retraer a pequeños brotes, y la columna del cuerpo en sí se puede retraer a 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.

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

Reproducción y ciclo de vida

Hydra en ciernes :

1. No se reproduce
2. Creando un brote
3. Hija creciendo
4. Empezando a partir
5. Hija rota
6. Hija clon 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, se convierten en adultos en miniatura y se desprenden cuando maduran.

Cuando una hidra está bien alimentada, se puede formar un nuevo brote cada dos días. ^[10] Cuando las condiciones son duras, a menudo antes del invierno o en malas condiciones de alimentación, la reproducción sexual ocurre en algunas hidra . Las hinchazones 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 otro individuo. Los huevos fertilizados secretan una capa exterior resistente y, a medida que el adulto muere (debido a la inanición o al frío), estos huevos en reposo caen al fondo del lago o estanque para esperar mejores condiciones, después de lo cual eclosionan en la ninfa Hydra . Algunas especies de Hydra , como Hydra circumcincta yHydra viridissima , son hermafroditas ^[11] y pueden producir tanto testículos como ovarios al mismo tiempo.

Muchos miembros de Hydrozoa pasan por un cambio corporal de un pólipo a una forma adulta llamada medusa , que generalmente es la etapa de la vida donde ocurre la reproducción sexual, pero Hydra no progresa más allá de la fase de pólipo. ^[12]

Alimentando

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 simple construcción, los tentáculos de Hydrason extraordinariamente extensibles y pueden tener de cuatro a cinco veces la longitud del cuerpo. Una vez extendidos por completo, los tentáculos se maniobran lentamente esperando el contacto con un animal de presa adecuado. Al entrar en contacto, los nematocistos del tentáculo disparan hacia la presa y el tentáculo 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 corporal y habrá comenzado la digestión. Hidrason capaces de estirar la pared de su cuerpo considerablemente para digerir presas más del doble de su tamaño. Después de dos o tres días, los restos indigeribles de la presa se descargarán a través de la abertura de la boca mediante contracciones. ^{[ cita requerida ]}

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

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 .

Midiendo la respuesta de alimentación

La adición de glutatión provoca una reducción de la extensión del tentáculo en la hidra.

La respuesta de alimentación en Hydra es inducida por el glutatión (específicamente en el estado reducido como GSH) liberado del tejido dañado de la presa lesionada. ^[13] Existen varios métodos que se utilizan convencionalmente para cuantificar la respuesta alimentaria. En algunos, se mide el tiempo durante el cual la boca permanece abierta. ^[14] Otros métodos se basan en contar el número de Hydra entre una pequeña población que muestra la respuesta alimentaria después de la adición de glutatión. ^[15] Recientemente, se ha desarrollado un ensayo para medir la respuesta alimentaria en hidra. ^[dieciséis]En este método, se demostró que la distancia lineal bidimensional entre la punta del tentáculo y la boca de la hidra es una medida directa del alcance de la respuesta alimentaria. Este método ha sido validado usando un modelo de inanición, ya que se sabe que la inanición causa una mejora en la respuesta de alimentación de Hydra . ^[dieciséis]

Regeneración de tejidos

Hydra sufre morfalaxis (regeneración de tejidos) cuando se lesiona o se corta. Por lo general, Hydras se reproducirá con solo brotar de un individuo completamente nuevo, el brote 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 ocurre sin división celular. Si la Hydra se corta en muchos segmentos, las rebanadas del medio formarán tanto una "cabeza" como un "pie". ^[6]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 una dirección opuesta al par de pendientes del pie. ^[17] La evidencia de estos gradientes se mostró a principios del siglo XX con experimentos de injerto. Los inhibidores de ambos gradientes han demostrado ser importantes para bloquear la formación de yemas. La ubicación en la que se formará la yema es donde las pendientes son bajas tanto para la cabeza como para el pie. ^[6] Las hidras son capaces de regenerarse a partir de trozos de tejido del cuerpo y, además, después de la disociación del tejido de los agregados. ^[17]

No senescencia

Daniel Martinez afirmó en un artículo de 1998 en Experimental Gerontology que Hydra es biológicamente inmortal . ^[18] Esta publicación ha sido ampliamente citado como evidencia de que Hydra no hacer senescencia (no edad), y que son prueba de la existencia de organismos no senescentes 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. ^[19]

La controvertida vida ilimitada de Hydra ha atraído mucha atención por parte de los científicos. La investigación de hoy parece confirmar el estudio de Martínez. ^[20] 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 autorrenovación continua de Hydra . ^[20] En experimentos, un crecimiento demográfico drásticamente reducido resultó de la regulación a la baja de FoxO . ^[20]

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 destruye en organismos modelo bilaterales, como moscas de la fruta y nematodos , su vida útil se reduce significativamente. En experimentos con H. vulgaris (un miembro radialmente simétrico del filo Cnidaria ), cuando los niveles de FoxO disminuyeron, hubo un impacto negativo de muchas características clave de Hydra , pero no se observó muerte, por lo que se cree que otros factores pueden contribuir a la aparente falta de envejecimiento en estas criaturas. ^[5]

Si bien la inmortalidad de Hydra está bien respaldada hoy en día, las implicaciones para el envejecimiento humano siguen siendo controvertidas. Hay mucho optimismo; ^[20] sin embargo, parece que los investigadores aún tienen un largo camino por recorrer antes de que puedan comprender cómo los resultados de su trabajo podrían aplicarse a la reducción o eliminación de la senescencia humana . ^[21]

Genómica

Un análisis de comparación de ortólogos realizado en la última década demostró que Hydra comparte un mínimo de 6.071 genes con los humanos. Hydra se está convirtiendo en un sistema modelo cada vez mejor a medida que se dispone de más enfoques genéticos. ^[5] En 2010 se informó un borrador del genoma de Hydra magnipapillata . ^[22]

Los genomas de los cnidarios suelen tener un tamaño inferior a 500 Mb, como en 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 del genoma hacen que Hydra sea atractiva para estudios de especiaciones impulsadas por transposones y expansiones del genoma. ^[23]

Ver también

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Hydra (género) .

• Lernaean Hydra , una criatura acuática mitológica griega que da nombre al género
• Turritopsis dohrnii , otro cnidario (una medusa) que los científicos creen que es inmortal

Referencias

1. Schuchert P (2011). Schuchert P (ed.). " Hydra Linnaeus, 1758" . Base de datos mundial de hidrozoos . Registro mundial de especies marinas . Consultado el 20 de diciembre de 2011 .
2. Gilberson L (1999). Manual de laboratorio de zoología (4ª ed.). Publicación personalizada de Primis.
3. Solomon E, Berg L, Martin D (2002). Biología (6ª ed.). Brooks / Cole Publishing.
4. Jung S, Dingley AJ, Augustin R, Anton-Erxleben F, Stanisak M, Gelhaus C, Gutsmann T, Hammer MU, Podschun R, Bonvin AM, Leippe M, Bosch TC, Grötzinger J (enero de 2009). "Hidramacina-1, estructura y actividad antibacteriana de una proteína del metazoo basal Hydra" (PDF) . La Revista de Química Biológica . 284 (3): 1896–905. doi : 10.1074 / jbc.M804713200 . PMID 19019828 . S2CID 3887876 .   ^{[ enlace muerto permanente ]}
5. Tomczyk S, Fischer K, Austad S, Galliot B (enero de 2015). "Hydra, un poderoso modelo para los estudios del envejecimiento" . Reproducción y desarrollo de invertebrados . 59 (sup. 1): 11–16. doi : 10.1080 / 07924259.2014.927805 . PMC 4463768 . PMID 26120246 .  
6. Gilbert SF (2000). "Regeneración" . Biología del desarrollo (6ª ed.).
7. "Centro de recursos de microscopía de Olympus | Galería de videos de vida de estanque - Hydra (Coelenterata)" . olympus.magnet.fsu.edu . Consultado el 21 de septiembre de 2019 .
8. Cantor, Marvin H .; Rahat, Menachem (1982). "Regulación de la respiración y la fotosíntesis en Hydra viridis y en sus cosimbiontes separados: efecto de los nutrientes". Zoología fisiológica . Prensa de la Universidad de Chicago. 55 (3): 281–288. doi : 10.1086 / physzool.55.3.30157891 . ISSN 0031-935X . JSTOR 30157891 .  
9. Ji N, Flavell SW (abril de 2017). "Hydra: imágenes de redes nerviosas en acción" . Biología actual . 27 (8): R294 – R295. doi : 10.1016 / j.cub.2017.03.040 . PMID 28441559 . 
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19. Estep PW (septiembre de 2010). "La disminución de la reproducción asexual sugiere senescencia en hidra: comentario sobre Martinez, D.," Los patrones de mortalidad sugieren falta de senescencia en hidra. "Exp Gerontol 33, 217-25". Gerontología experimental . 45 (9): 645–6. doi : 10.1016 / j.exger.2010.03.017 . PMID 20398746 . S2CID 35408542 .  
20. Boehm AM, Khalturin K, Anton-Erxleben F, Hemmrich G, Klostermeier UC, Lopez-Quintero JA, Oberg HH, Puchert M, Rosenstiel P, Wittlieb J, Bosch TC (noviembre de 2012). "FoxO es un regulador crítico del mantenimiento de células madre en Hydra inmortal" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 109 (48): 19697–702. Código bibliográfico : 2012PNAS..10919697B . doi : 10.1073 / pnas.1209714109 . PMC 3511741 . PMID 23150562 .  
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22. Chapman JA, Kirkness EF, Simakov O, Hampson SE, Mitros T, Weinmaier T, et al. (Marzo de 2010). "El genoma dinámico de Hydra" . Naturaleza . 464 (7288): 592–6. Código Bibliográfico : 2010Natur.464..592C . doi : 10.1038 / nature08830 . PMC 4479502 . PMID 20228792 .  
23. Wong, WY; Simakov, O; Puente, DM; Cartwright, P; Bellantuono, AJ; Kuhn, A; Holstein, TW; David, CN; Steele, RE; Martínez, DE. "La expansión de una sola familia de elementos transponibles se asocia con el aumento del tamaño del genoma y la radiación en el género Hydra" . Proc Natl Acad Sci USA . 116 (46): 22915-22917. doi : 10.1073 / pnas.1910106116 . PMID 31659034 .