Те, кто прилежно учился в школе, вероятно, помнят, что такое кишечнополостные животные. Для тех же, кто знал, но забыл за давностью лет, напомним: кишечнополостные - одни из древнейших представителей животного мира. Назвали их так потому, что они представляют собой полый пищеварительный мешок с открывающимся наружу ртом. К этому типу животных относятся гидры, медузы, кораллы, актинии и гидроидные полипы. Самый известный представитель кишечнополостных - гидра - микроскопическое существо, живущее в прудах, похожее на крошечный растрепанный хвостик.
Обыкновенные гидры - одиночные животные. В результате почкования из одной гидры образуются две, живущие независимо. Как же почкуются гидры? Сначала на стебельке у взрослого животного возникает небольшой бугорок. Он быстро растет, затем на его конце появляется утолщение в форме булавочной головки и на нем вырастает венчик маленьких щупалец. После того как между щупальцами прорывается ротовое отверстие, отросток отрывается от материнского тела и становится самостоятельным организмом.
Но не все кишечнополостные - отшельники. Среди них много и живущих в колониях, функционирующих на определенном этапе как один организм. Колониальные животные, к которым относятся похожие на гидру гидроидные полипы, издавна привлекают внимание зоологов как пример гармоничного сочетания индивидуальных и общественных интересов. Колонии кишечнополостных - результат их бесполого размножения - почкования, не доведенного до конца.
Гидроидные полипы обитают в морях и океанах - на камнях, сваях причалов, поверхностях крупных водорослей и раковин. Близкие родственники гидр, они не только размножаются, но и живут в колониях всю жизнь. "Созревшая" почка не отрывается от "матери", а так и остается прикрепленной к ней. Когда дочерние отростки достигают взрослых размеров, на них, в свою очередь, вырастают новые, и образуется ветвистая колония. По форме колонии могут быть разные - напоминающие дерево, кустик, колос, птичье перо. Но все эти причудливые создания, похожие на растения с другой планеты, на самом деле живые и очень интересные существа.
Полипы - хорошие семьянины и ужасные домоседы. Поселившись в одном месте, где достаточно пищи и есть другие благоприятные условия, они растут там в течение многих лет. Разные поколения полипов прочно связаны "семейными узами" - далеко не убежишь. Но даже и у них бывают "блудные дети". И эти дети - медузы. Полип и медуза - разные жизненные формы одного и того же биологического вида.
Оказывается, в жизненном цикле гидроидных полипов чередуются две фазы: прикрепленная ко дну "полипоидная" и свободно плавающая "медузоидная". Медузы вырастают из полипа путем особого вида почкования. У медуз - свои задачи. Во-первых, они в отличие от полипов способны к половому размножению, которое необходимо для обмена генами и повышения жизнеспособности вида, а во-вторых, способствуют расселению - их, а вмести с ними и яйца, морские течения могут уносить далеко от родительской колонии.
Красивые и безобидные с виду гидроидные полипы на самом деле - хищники. По всему их телу разбросаны стрекательные клетки, и особенно много их на щупальцах. Стоит прикоснуться к чувствительному волоску такой клетки, как из нее выстреливает нить, на конце которой могут быть острые шипы, а внутри - яд или липкий секрет, надежно удерживающий жертву. Щупальца подносят пищу к ротовому отверстию, и полип ее съедает. Гидроиды ловят любых мелких животных: рачков, личинок червей и даже маленьких рыбок.
Колония полипов - это удивительный образец взаимовыручки. Пища, добытая одним полипом, через единую пищеварительную полость распределяется по всей колонии, и даже неудачливые охотники не остаются голодными.
Внешний вид колонии вполне гармоничен. Посмотрим, к примеру, на колонию гидроидного полипа Обелии ловени (Obelia loveni). Она состоит из общей для всех членов гидроидного сообщества корневой части - столона, который стелется по дну, и отходящих от него вверх ветвистых побегов с полипами. Все части колонии - и столоны и побеги - снаружи защищены тонкостенной, но прочной защитной трубкой (текой) из того же вещества, что и покровы у насекомых, - хитина. Вокруг головки полипа тека расширяется наподобие колокольчика, и из нее наружу высовываются щупальца. Такая упорядоченность формы - свидетель ство того, что у полипов едина не только пищеварительная система, - вся колония развивается и растет по одним и тем же закономерностям, как целый организм.
Особенности роста колоний гидроидного полипа Обелии заинтересовали кандидата биологических наук, научного сотрудника Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова Игоря Арнольдовича Косевича (кафедра сравнительной систематики). Зоологам известно, что рост колонии обуславливают верхушки роста побегов и столонов. Верхушка роста все время пульсирует. После каждой пульсации побег (или столон) немного вырастает. Когда столон достигает длины около 4 мм, на нем появляется почка, из которой вверх начинает расти побег с полипами. А в основании столона уже пульсирует новая верхушка роста, чтобы, вырастив еще одно междоузлие такой же длины, дать начало следующему побегу, и так без конца. На кончике почки побега и на его стебельке, чуть ниже головки, тоже пульсируют новые зародыши, дающие начало растущим вверх и вбок полипам. Так на одной веточке их может вырасти до двух десятков.
Во всех колониях этого вида длина полипов одинакова, и все междоузлия столонов тоже одной длины. И. А. Косевич задался вопросом: что управляет ростом колонии? Может быть, верхушка роста получает сигнал извне о том, что ей делать дальше, а сам сигнал зависит от того, какой длины достиг побег? Например, если работой верхушки роста командует столон, то исходящая от него команда "Расти!" постепенно, по мере удаления от столона, угасает. Такой механизм называется "регулятивным". Но может быть и иначе: если работа верхушки побега не зависит от внешнего сигнала и все, что ей предстоит сделать, запрограммирова но исключительно в ней самой, а она как-то "помнит" о проделанной работе. Этот механизм называется "автономным".
Как узнать, какой из этих двух механизмов управляет ростом колоний гидроидных полипов? И. А. Косевичу пришла в голову мысль: "А что, если пересадить верхушку со старых побегов на молодые и, наоборот, с молодых побегов - на старые? Если рост определяется регулятивным механизмом, то пересадка верхушки никак на его росте не скажется и все побеги в опытах будут дорастать до одной и той же длины. Ну а если программа роста автономна и "заключена" в самой верхушке, то молодые верхушки будут расти и на старом, уже выросшем побеге, приводя тем самым к формированию ненормально удлиненных побегов, и, наоборот, пересадка старых верхушек на молодые, короткие, побеги должна привести к появлению укороченных побегов".
Для того чтобы разгадать тайну Обелии, экспериментатору пришлось научиться пересаживать с одного места на другое и сращивать разные участки колонии. Работа поистине ювелирная, ведь диаметр веточек у Обелии - 0,1 мм, а длина одного полипа - всего лишь 1,5 мм! В своих опытах ученый достиг замечательных успехов: приживалось до 70% пересаженных частей.
В опытах с побегами он пересаживал верхушку роста с побега, который только что начал расти, на другой - почти сформированный. После пересадки верхушка развивалась так, будто ее работа только что началась, и побег получался удлиненным. В других опытах он отрезал большую часть побега и верхушку прививал к "пеньку" - в этом случае формирование побега быстро заканчивалось, несмотря на то, что он не достигал обычной запрограммированной длины - 4 мм, а получался укороченным. В третьих экспериментах он вырезал среднюю часть побега, перевертывал ее на 180 градусов, одной стороной приращивал к "пеньку", а противоположной - к отрезанной верхушке. Если бы аналогичный опыт был поставлен на растении, то он бы не удался. Побег растения обладает очень строгим гравитропизмом: его нельзя посадить "вверх ногами" или привить верхушкой к подвою. Но Обелия - не растение, и из химеры вырастал нормальный полип.
Ни в одном из опытов новое положение верхушки побега не повлияло на дальнейший путь ее развития, она сама "помнила", на чем остановила свою работу до пересадки и что оставалось еще доделать. "По-видимому, вся программа формирования побега полностью записана в самой верхушке роста", - сделал вывод исследователь и поставил четвертый вид эксперимента: он размял конец растущего побега так, чтобы от него остался лишь бесформенный комок клеток. И все равно такое "пюре" дало начало нормальному побегу. Значит, форма верхушки побега тоже не имеет значения для роста нового организма, а всю информацию о полипе "помнят" сами верхушечные клетки. Верхушка развивается настолько автономно, что скорость ее роста не зависит даже от общего состояния колонии: достаточно ли ей пищи или вся колония погибает от голода - побеги растут одинаково.
Ну а если подобные опыты проделать со стелющейся частью колонии - столоном? Оказалось, что верхушка столона живет совсем по другим законам, чем верхушка побега. Когда экспериментатор удалял середину междоузлия и пересаживал верхушку столона на "пенек", междоузлие столона получалось не укороченным, как это было бы у побега, а нормальным или даже чуть длиннее нормы. И еще одно различие между побегом и столоном. У столона скорость работы верхушки зависит от питания всего гидроидного сообщества: у голодающей колонии рост столона замедляется и может даже совсем прекратиться. Но расстояние между побегами все равно остается одинаковым, как и в нормальной колонии. Получается, механизм регуляции роста столона -- не автономный, как у побегов, а регулятивный.
Итак, И. А. Косевич выяснил, что разные части колонии гидроидного полипа Обелии растут по-разному. У побегов рост предопределен и не зависит от внешних обстоятельств, а у столона, наоборот, поддается регуляции. "С точки зрения ценности той работы, которую выполняет каждый из этих органов, в этом отличии есть определенный смысл", - считает исследователь. "Побеги с полипами, питающими всю колонию, - очень важные элементы для ее жизни, независимость процесса их формирования и роста от внешних воздействий - залог благополучия колонии. Другое дело столоны - их рост означает для колонии расширение жизненного пространства, и позволить себе такую роскошь колония может только в том случае, если есть условия".
Но этим чудесные свойства верхушек роста у полипов Обелии ловени не ограничиваются. Оказывается, они способны считать. Дело в том, что во время роста столонов и побегов верхушка роста пульсирует: она сначала сжимается, а затем расширяется с частотой приблизительно один раз в 10 минут. Междоузлие столона формируется за 160-200 ростовых пульсаций, а один полип длиной 1,5 мм - за 140-180. И. А. Косевич считает, что ростовая пульсация служит у полипа Обелии ловени "часовым механизмом" для регуляции роста. На побегах у Обелии есть две зоны кольчатости по 4-5 колец: одна - в основании каждого побега и другая - возле щупалец, а между ними побег гладкий. Каждое кольцо образуется за определенное и постоянное число ростовых пульсаций (10-12). "Отсчитав" их, верхушка приступает к формированию следующего кольца. Когда все кольца уже сформированы, начинается образование гладких участков и пульсация сразу же значительно замедляется - верхушка почти перестает сжиматься. Но ведь, как мы теперь знаем, верхушка побега растет и развивается абсолютно автономно, значит, и считает она самостоятельно.
