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无与伦比的再生能力切成碎片还能复活,生物界的“死侍”—涡虫

作者:隔壁小书童王小
无与伦比的再生能力切成碎片还能复活,生物界的“死侍”—涡虫

听到一个笑话后,一只蜻蜓感到无聊,想下棋,于是把自己切成两只蟋蟀,一只想踢足球就切了,把自己切成几十段,可怜的蜻蜓挂了起来。但大自然确实有一种生物,它具有几乎无限的再生能力,这是一个漩涡。无论是横切,横切或斜切,还是切掉肌肉,皮肤,肠道生殖系统,甚至"大脑"......漩涡的这些部分可以在一周左右的时间里长回几个漩涡蠕虫。据悉,日本的三角形漩涡甚至被切割成279~1500个片段,再生后每个片段都可以再生,生成一个完整的个体!不要说要剪掉一场足球比赛,也就是说,观众可以把自己切成一团。

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漩涡是一个扁平的动物门,是图贝拉里亚的淡水生物的常见物种,也是三角动物。

世界上已经发现了近400种,其中七种在中国有记录,最广泛地分布在日本的Dugesiajaponica,这是东亚的常见物种。而日本的三角涡旋广泛分布在中国,从台湾、香港、云南、福建到北京、辽宁、吉林等绝大多数省市都有分布。

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淡水漩涡细长、柔软、平坦。背部略微突出,黑色,棕色,棕色或奶油色,腹部略微平坦和较浅。头部一般为三角形、横截面或弓形,头部两侧伸出不同长度的耳塞,头部后部有2个黑眼点,有的物种限制点可达数百个,生活在洞穴中的物种眼点退化或消失。口腔位于腹部靠近身体的咽部,是一根肌肉长度的管子,能从口腔中自由伸出。为了捕获食物,吞下作为肠子,分成3个躯干,1个向前,2个向后,所以命名为3个肠。每个树干反复分成小树枝,末端是盲管,没有肛门,食物从嘴里进入,难以消化的食物残渣仍然从嘴里排出。腹部表面密布着纤毛,由于纤毛和肌肉的运动,纤毛可以像游泳物体一样爬行。

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漩涡是第一个两侧对称、三层胚胎的动物,扁平动物的出现是动物发育史上的质的飞跃,标志着动物王国的进化已经开始从水生向陆生过渡,从固体或漂浮的生命过渡到自由爬行的生命,因此对动物的进化具有重要意义。由于其特别强的再生能力,涡旋也是研究细胞分化和去分化分子机制以及动物行为和染色体的良好材料,这一直是动物界的一个敏锐的研究领域。

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作为200多年的实验动物,20世纪初著名的遗传学家摩根在从事果蝇的遗传研究之前,痴迷于涡旋的再生,并发表了数十篇关于涡旋再生的论文。

涡旋发育的可塑性和惊人的再生能力是基于一种称为Neoblasts的成年多能干细胞。干细胞是成体涡旋中唯一具有增殖和分裂能力的细胞,它们可以产生多种细胞类型,包括神经细胞和生殖细胞。摩根观察到,涡旋头部的碎片(没有任何生殖系统的痕迹)不仅使躯干和尾巴再生,而且还会重新调整功能腺体。这种体细胞干细胞转译的现象不适用于线虫和果蝇。

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再生是生物体对损伤刺激的保护性反应,通过手术切割刺激,涡旋特异性细胞棒立即释放包涵体,在伤口表面形成保护性粘膜。同时,创伤表面肌肉剧烈收缩,背部和腹部上皮细胞相互接触,引发涡旋的再生反应,几个小时后,可以观察到活性细胞在伤口处增殖,在伤口下方,Neoblasts开始聚集,迁移并形成称为"基于胚胎"的白色再生组织, "基于胚胎"的涡旋丢失部分的再生。研究表明,再生胚胎基底湿细胞分裂与细胞迁移相结合的结果,如果后半部分的涡旋受到保护,前半部分的X射线处理杀死增殖的Neoblasts,然后头部的涡旋被移除,后半部分昆虫体内远离伤口的X射线辐射,Neoblasts通过迁移来恢复蠕虫的再生能力。但是,再生过程需要数周才能延长。其他研究也观察到Neoblasts的迁移,例如眼点的额叶区域和涡旋的咽部组织区域,它们不分布在Neoblasts中,很明显,这些区域需要Neoblasts迁移以维持细胞更新。

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至于再生胚胎的细胞起源,虽然已经提出了细胞去分化或转运的理论,但迄今为止没有足够的实验证据。相比之下,Neoblasts移植实验和BrdU标记实验令人信服地证明Neoblasts与胚胎细胞完全相同。近年来的几项实验进一步证明,Neoblasts是涡旋再生的唯一细胞来源。

对涡旋蠕虫再生能力的研究可能使衰老或受损的人体器官和组织再生成为可能。诺丁汉大学生物学院英国研究委员会成员Aziz Yabubak博士领导了这项研究,该研究表明,一种名为Smed-prep的基因对于涡旋虫的头部和大脑的正常再生显然是必不可少的。

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Vortex具有在被截断后再生身体部位(包括头部和大脑)的独特能力。它们含有成熟的干细胞,这些干细胞经常分裂并成为体内缺失的所有类型的细胞。研究表明,当涡旋的身体部位再生时,它是一组控制该过程的基因,使它们能够在大小,形状和方向的正确位置再生四肢。

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更令人惊讶的是,塔夫茨大学的研究人员发现,真正的漩涡不仅会再生头部,还会有以前的记忆。他们将斩首前的蠕虫放入培养皿中,训练它们寻找食物。当这些蠕虫的新脑袋长回来时,它们仍然可以记住这些技能。真正的漩涡有两个眼点,可以检测明亮的光线。这些眼点充当光感受器,帮助真正的漩涡远离明亮的光源。生物学家训练蠕虫寻找隐藏在照明培养皿中心的食物,以便它们克服对光的恐惧。科学家发现,一个真正的漩涡不仅可以在头部被切断后再生头部,而且还包含与被切断的头部相同的记忆。

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"这些神奇的蠕虫提供了一个很好的机会来观察一种非常简单的动物的组织再生能力,它具有非常广泛的再生肢体,并且非常容易再生,"Yabbach说。我们想要了解成熟的干细胞如何帮助任何动物形成并再生受损或丢失的器官和组织。了解其他动物的再生能力将为人类再生医学研究带来巨大益处。"虽然目前的再生能力对人类来说仍然是一个遥远的愿景,但随着科学的进步,科学家们进一步揭示,也许器官和肢体的再生确实会成为现实。