Некоторые из них бессмертны. Некоторые смертельно ядовиты. Многие сияют во тьме. У них нет мозга, но они обладают памятью. Бóльшая часть известных видов этих существ малоизучены. А их предков можно было видеть на Земле задолго до динозавров.
Речь идет о широко распространенных обитателях нашей планеты — медузах. Приглашаем совершить глубоководное погружение в мир этих гидробионтов, которые привлекают ученых разных направлений своими необычными свойствами. Нашим проводником станет руководитель биологической службы Центра океанографии и морской биологии «Москвариум» Ирина Валерьевна Мейнцер.
Фавориты лабораторий
«Медузы — перспективный и благоприятный объект для лабораторных исследований, потому что их можно регулярно получать в больших количествах и поддерживать в культуре, не задействуя ресурсы больших мощностей», — рассказывает Ирина Мейнцер.
Руководитель биологической службы «Москвариума» Ирина Мейнцер. Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
Почти половина известных видов медуз способны испускать свет. Эти животные используют биолюминесценцию, чтобы защищаться от хищников и (реже) приманивать добычу. Ценно свечение медуз и для науки. Так, в 1962 г. из медузы Aequorea victoria выделили зеленый флуоресцирующий протеин GFP. Позже выяснилось, что ген, кодирующий синтез этого белка, можно встраивать в другие живые организмы от бактерий до млекопитающих. И.В. Мейнцер отметила, что так на свет появились светящиеся рыбы GloFish. А в 2007 г. внедрение гена свечения в центральную нервную систему мышей в Гарвардском университете помогло составить карты мозга подопытных животных и получить снимки отдельных нейронов мышей.
Ирина не обошла вниманием и бессмертную медузу Turritopsis dohrnii (ранее ученые относили ее к виду Turritopsis nutricula). Это крошечное (1–2 мм) существо может повторять свой жизненный цикл бесчисленное множество раз. Обычная медуза начинает свой путь с полипа, образующегося после слияния половых клеток. В благоприятных условиях происходит стробиляция: от полипа «отшнуровываются» эфиры (личинки медуз), которые развиваются в полноценные организмы. Примерно через полгода медузы погибают. Бессмертная же медуза в некомфортной среде превращается обратно в полипа и возвращается в форму медузы при наступлении благоприятных условий, бесконечно обновляя таким образом свой организм. Ирина отметила, что изучение генома этих существ может помочь исследователям в борьбе со старением.
Яд медузы Acromitus flagellatus проявляет активность против клеток рака. Фото: © Gomen See / Monaco Nature Encylopedia
Бессмертная медуза Turritopsis dohrnii. Фото: Takashi Murai / The New York Times Magazine
Медуза «морская оса» — самое ядовитое морское животное на планете. Фото: Dr. Robert Harwick / The New Yorker
Самым ядовитым морским животным считается именно медуза: яд Chironex fleckeri (морской осы) способен парализовать человека, вызвать у него сердечный приступ или убить в течение нескольких минут. Жалить противника могут и другие медузы. Однако эту способность исследователи тоже стремятся обратить во благо: так, в 2021 г. ученые из Мадрасского университета обнаружили, что яд медузы Acromitus flagellatus проявляет активность против клеток рака.
Медуза Aequorea victoria — источник зеленого флуоресцирующего протеина. Фото: D. Young / Marine Biology | Victoria High School | Victoria BC Canada
Медузы Tripedalia cystophora проявляют способность к запоминанию опасности. Фото: Jan Bielecki / Current Biology / Sci.News
От существа, 95% тела которого состоит из воды, сложно ожидать разумного поведения. Но медузы сумели удивить: в 2023 г. немецкие и датские ученые доказали, что медузы Tripedalia cystophora обладают памятью. Специалисты нарисовали на стенках аквариума с медузами корни деревьев и проследили, как часто животные наталкивались на преграду. Изначально медузы сталкивались с раскрашенными стенами, однако после трех-пяти неудач меняли поведение, начиная в четыре раза реже врезаться в рисунок. Судя по всему, медузы запомнили дискомфорт от столкновения и старались его избегать. Когда ученые создали оптическую иллюзию, имитирующую приближение преграды, медузы также пытались уйти от угрозы. Это помогло понять, что животные действительно запомнили, как выглядит опасность.
Робомедуза для очистки океана от пластика. Фото: Tianlu Wang, Hyeong-Joon Joo, Shanyuan Song, Wenqi Hu, Christoph Keplinger, Metin Sitti / Max Planck Institute for Intelligent Systems
Полезен для науки даже сам механизм движения медуз. Весной 2023 г. исследователи из Института интеллектуальных систем Макса Планка разработали робомедуз для очистки океана от пластика. Живые медузы используют колебания купола не только для перемещения, но и для сбора питательных веществ. Робомедузы имитируют эти же движения, чтобы собирать частицы мусора. Новые роботы компактны, не производят громких звуков и собирают отходы бесконтактным способом, поэтому производимая с их помощью очистка воды максимально безвредна для экосистемы.
В океанариуме и дома
«Медуз начали содержать в аквариумах не так давно, потому что этих гидробионтов достаточно сложно выращивать в искусственных условиях», — рассказывает Ирина Мейнцер. «Москвариум» — одна из немногих организаций, которая разводит медуз в промышленных масштабах.
«Недавно нам сделали запрос на покупку медуз для извлечения из их тканей коллагена. Для таких случаев очень удобно иметь отлаженный конвейер размножения медуз в искусственных условиях, потому что в естественных водоемах медузы — это сезонные животные», — сообщает И.В. Мейнцер.
Медуза волосистая цианея («львиная голова»). Фото: Dan Hershman / Flickr
«Москвариум» сотрудничает с крупными медузными фермами в Чехии и Китае и обменивается полипами с биологическим факультетом МГУ им. М.В. Ломоносова, сотрудники которого регулярно привозят медуз с Белого моря в качестве обучающего материала для студентов.
В океанариуме представлены ушастая аурелия, котилориза бугорчатая («медуза-яичница»), медуза-кассиопея, морская крапива и одна из самых крупных медуз в мире — волосистая цианея («львиная голова»). В карантине «Москвариума» содержатся крупные корнероты и гребневики.
Ирина Мейнцер объяснила, что в аквариуме для медуз (медузиатнике) не должно быть острых углов, так как медузы могут травмировать о них купол и погибнуть. Важно произвести правильные расчеты по гидравлике, чтобы во всех точках аквариума активно циркулировала вода: медузам нужно постоянно двигаться, иначе они будут оседать в углах аквариума и на них начнет размножаться гибельная бактериальная флора.
Для очистки воды для медуз в «Москвариуме» используется метод флотации: органические загрязнители выносятся из аквариумов вместе с пеной, которую создают специальные фильтры. Продукты жизнедеятельности медуз, нитраты и фосфаты удаляются при помощи специальных реакторов. Вода также стерилизуется ультрафиолетом и проходит биологическую очистку, имитирующую природный азотный цикл.
«Биологический фильтр состоит из емкости и погруженной в него биозагрузки — специального субстрата с очень большой площадью поверхности, на котором размножаются бактерии. Они образуют нитраты и затем разлагают их до азота и кислорода, используя в своем питании», — рассказала биолог.
Медуз можно содержать не только в океанариумах, но и в домашних условиях. Фото: Francis Yupangco / Reefs.com
«Выращивание медуз в искусственных условиях — это наработка опыта для содержания банка полипов. Очень удобно, что они могут долго находиться в этой жизненной форме, — добавляет И.В. Мейнцер. — Кроме того, новые технологии, которые применяются для выращивания сложных гидробионтов, можно экстраполировать на содержание других видов. Например, мы начали подращивать личинки рыб в маленьких круглых медузных аквариумах, и это значительно повысило выживаемость мальков. Поэтому накопление научной базы и опыта в размножении даже тех видов животных, которые не являются вымирающими, всегда идет на пользу, так как эту информацию можно использовать для сохранения тех видов, которым грозит исчезновение уже сейчас».
Ирина рассказала, что воссоздать кусочек вселенной медуз дома проще, чем в океанариуме. Для поддержания гидрохимического режима в домашнем медузиатнике достаточно регулярно заменять часть воды на свежеприготовленную дистиллированную воду с добавлением специальной морской соли. Медуз можно селить только с представителями своего вида: рыбы на этих водных обитателей нападают, а с сородичами других видов животные конфликтуют.
Размножаются в неволе. Но не всегда
Воспроизвести стробиляцию медуз в искусственных условиях — непростая задача.
«Для разных видов медуз существуют разные способы вызова стробиляции. Это могут быть химические способы (с помощью ретинола, гетероциклических соединений и других веществ) или биологические методы (повышение или понижение температуры), — рассказывает Ирина Мейнцер. — “Москвариум” использует все технологии, потому что разные виды медуз ведут себя по-разному. <…> Сложность в химической стимуляции стробиляции состоит в том, что концентрация веществ, которую мы применяем, различается для разных видов».
Биолог предупреждает: неверная концентрация стимулирующего вещества или неправильно рассчитанная длительность экспозиции полипа в составе могут вызвать патологии в развитии медуз. Особенно часто в таких ситуациях возникают дефекты купола.
«Медуза-яичница». Фото: Fredski2013 / Wikimedia Commons
Медуза морская крапива. Фото: Kevin Raskoff, Arctic Exploration 2002 / NOAA / OER
Развенчивая мифы
Бытует мнение, что по наличию медуз можно судить о чистоте воды. Ирина Мейнцер поправляет: медузы способны реагировать на изменения гидрохимического режима, но этим они не отличаются от других обитателей водоема — просто, подобно кораллам, откликаются на изменение окружающей среды особенно заметно и быстро.
Ушастая аурелия очень остро реагирует на изменение концентрации веществ в воде. Фото: Alexander Vasenin / Wikimedia Commons
«Если гидрохимический режим не соответствует требованиям медуз, они будут либо гибнуть, либо уплывать. Например, медузы аурелии очень чувствительны к уровню нитратов, фосфатов и pH в воде, — рассказывает И.В. Мейнцер. — Если в водоеме меняется соотношение нитратов и фосфатов, то мы можем увидеть вспышку роста водорослей или цианобактерий. Это повлечет за собой изменение кислородного режима и многих других факторов, и, как следствие, количества животных на другом уровне пищевой цепи. Поэтому нельзя сказать, что только медузы как-то реагируют на изменение параметров, — откликается биоценоз в целом».
Полип медузы. Фото: Lodewijk van Walraven / Royal Netherlands Institute for Sea Research
В сильную жару первые полосы многих изданий пересекли заголовки о появлении медуз в Москве-реке. Ирина Мейнцер поясняет, что это не аномалия: полипы пресноводных медуз — постоянные обитатели столичной реки, а высокая температура просто провоцирует их стробиляцию.
Пусть не все мифы о медузах оказываются правдой, эти обитатели планеты остаются малоизученными существами, интересными для ученых. Можно быть уверенными, что с течением времени вселенная медуз подарит исследователям множество новых знаний и открытий.
Источники
Scripps Institution of Oceanography. Latz Laboratory. Bioluminescence Questions and Answers
Бюллетень медицинских интернет-конференций, № 1, 2011 (том 1). А.И. Клыков, Т.Т. Дудуния, А.В. Новикова. Ген GFP и «мозговая радуга» (публикация в электронной библиотеке «КиберЛенинка»)
The New York Times Magazine. Nathaniel Rich. Can a Jellyfish Unlock the Secret of Immortality?
«Российская газета». Юрий Медведев. Зачем природа создала бессмертную медузу
Science Advances. Tianlu Wang, Hyeong-Joon Joo, Shanyuan Song [et al.]. A versatile jellyfish-like robotic platform for effective underwater propulsion and manipulation
ТАСС. У медуз обнаружили признаки памяти и способность к ассоциативному обучению
РБК Life. В Канаде ученые нашли в окаменелостях самую старую из известных медуз
Saudi Journal of Biological Science. Hemavathi Maduraiveeran, Kavitha Raja, Arulvasu Chinnasamy. Antiproliferative and antioxidant properties of nematocysts crude venom from jellyfish Acromitus flagellatus against human cancer cell lines
National Ocean Service. National Oceanic and Atmospheric Administration (US). What is the most venomous marine animal?
National Ocean Service. National Oceanic and Atmospheric Administration (US). What are jellyfish made of?
Institut océanographique Monaco. A robust life cycle… until immortality?
Источник изображения на главной странице: freepik / фотобанк Freepik
Источник изображения на превью: freepik / фотобанк Freepik
Источники изображений в тексте: Елена Либрик / «Научная Россия», D. Young / Marine Biology | Victoria High School | Victoria BC Canada, Takashi Murai / The New York Times Magazine, Dr. Robert Harwick / The New Yorker, © Gomen See / Monaco Nature Encylopedia, Jan Bielecki / Current Biology / Sci.News, Tianlu Wang, Hyeong-Joon Joo, Shanyuan Song, Wenqi Hu, Christoph Keplinger, Metin Sitti / Max Planck Institute for Intelligent Systems, Alexander Vasenin / Wikimedia Commons, Kevin Raskoff, Arctic Exploration 2002 / NOAA / OER, Dan Hershman / Flickr, Lodewijk van Walraven / Royal Netherlands Institute for Sea Research, Francis Yupangco / Reefs.com, Fredski2013 / Wikimedia Commons.