剩1/279都能再生的魔幻动物:切断再生一时爽

剩1/279都能再生的魔幻动物:切断再生一时爽
2019年07月08日 10:20 新浪科技综合

  来源:SME科技故事

  相信每一位生物老师都给学生讲过蚯蚓的再生能力。

  而每一个相信蚯蚓再生能力强大的人,也基本上都听过这么一则冷笑话。

  蚓一家这天很无聊,小蚯蚓就把自己切成两段打羽毛球去了,蚯蚓妈妈觉得这方法不错,就把自己切成四段打麻将去了,蚯蚓爸爸想了想,就把自己切成了肉沫。

  蚯蚓妈妈哭着说:“你怎么这么傻?切这么碎会死的!”

  蚯蚓爸爸弱弱地说:“……突然想踢足球。”

  别看这是则冷笑话,这里面说的都是有事实依据的。

  因为蚯蚓的再生能力,真的没有想象中强,禁不起折腾。

首先,并非所有蚯蚓都具有强大的再生能力。首先,并非所有蚯蚓都具有强大的再生能力。

  蚯蚓属于环节动物门,由皮肤及肌肉构成一环一环的体壁,每一环为一个体节。

  世界上大概有2500余种蚯蚓,而不同种类的蚯蚓,其再生能力差异是非常大的。

  例如我们平日最常见的陆正蚓(Lumbricus terrestris),就是一个分身乏术的战五渣。

  它们的再生能力极差,可能切成两半来打羽毛球的成功率都不高,就别想踢足球了。

陆正蚓陆正蚓

  可谓同蚓不同命,例如赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)从头到尾就都有很强的再生能力。

  所以,赤子爱胜蚓也是实验室的常客,经常被科学家切来切去做实验。

  不过,想要将赤子爱胜蚓切成20几段,顺便组一次足球赛还是够呛。

  因为除了蚯蚓种类不同外,切割手法、生存环境、剪切位置以及体节长度等,都会影响到蚯蚓的再生能力。

赤子爱胜蚓赤子爱胜蚓

  赤子爱胜蚓大约有有95~155个体节。

  曾经就有人将赤子爱胜蚯蚓切成18个体段,分别为有头无尾、无头无尾、无头有尾这三个类型。

  结果发现,对于不同位置切割的蚯蚓来说,存活率差别就不小。

  其中,有头无尾的体段再生能力是最强的,其次是无头无尾体段,最后才是无头有尾体段。

  除此之外,剪切后蚯蚓的体节数越多,蚯蚓阶段的存活率也越高,呈正相关关系。

  所以说,上面这则笑话最大的漏洞其实是蚯蚓妈妈和蚯蚓爸爸的身份,毕竟蚯蚓都是雌雄同体的。

蚯蚓前段有一个生殖环带(clitelum),尽管雌雄同体但还需异体受精蚯蚓前段有一个生殖环带(clitelum),尽管雌雄同体但还需异体受精

  说到“再生”(Regeneration)这个话题,其实和“永生”一样都非常令人着迷。

  可能永生这个话题还离我们太远,但器官再生就显得没有那么空中楼阁了。

  往更好的方向设想,像换汽车零件一样缝缝补补,或许还能实现另一种意义的“永生”。

  此外,那些具有再生能力的生物,也一直在给我们带来希望。

  例如蝾螈、蜥蜴、水蛭、海星以及涡虫等生物,就都有着不同程度的再生能力。

动物机体再生的策略并非一成不变,可以分为三种类型。动物机体再生的策略并非一成不变,可以分为三种类型。

  第一种是原本不会发生分裂的细胞,在器官组织受损后重新开始分裂和增值来修复损伤。

  例如火蜥蜴(Salamandra salamandra,也叫火蝾螈)的心脏受损后,其机体的细胞就会不断分裂,并能成功修复损伤的器官。

事实上,人类在某种程度上也具有这种修复能力。事实上,人类在某种程度上也具有这种修复能力。

  在人体的所有器官中,肝脏的再生能力就是最为强大的。

  人类的肝脏被切去一部分或受损后,肝细胞会迅速增殖以补充丢失、受损的肝组织。

  在短时间内,受损的肝脏可恢复到原有体积。

  所以,对肝移植捐献者来说,不出半年捐出去的那部分肝就能长回来了。

盗火者普罗米修斯遭受诅咒——被秃鹫每日叼食肝脏,而到晚上他的肝又恢复原样,第二日再被周而复始地叼食盗火者普罗米修斯遭受诅咒——被秃鹫每日叼食肝脏,而到晚上他的肝又恢复原样,第二日再被周而复始地叼食

  

  当然,人类肝脏的这种修复能力也是有限的。

  如果切除的部分越大,恢复的能力也就会越差。

  有研究认为,人类可以耐受损失70%的肝脏。

  除此之外,从成人向儿童和从儿童向成人的肝移植手术还能看出,肝脏还有将自己大小调整到适应机体代谢需求的惊人能力。

但生物的每一个部位的细胞类型都是不同的,只靠细胞增殖可无法完成再生。但生物的每一个部位的细胞类型都是不同的,只靠细胞增殖可无法完成再生。

  而第二种器官再生,则属于机体内的某类特殊的细胞,在特定的条件下会停止原来的分化过程,并进入一种更加灵活的分化模式。

  它们可以变成受损伤组织的细胞,来修复当下损伤的器官。

壁虎断尾壁虎断尾

  这也涉及到去分化与转分化两个概念,主要发生在动物的肢体再生中。

  我们熟悉的蜥蜴断尾再生、蝾螈的断肢再生以及斑马鱼的断鳍再生等,都拥有类似的再生模式。

  例如,蝾螈的断肢残端的多核肌纤维细胞的细胞核会增大,然后变成为单核的成肌细胞。

  这些成肌细胞可以重新进入细胞周期,具有活跃的分化潜能。

第三种再生策略,也是最让人类心驰神往的,其关键在于拥有分化能力的干细胞。第三种再生策略,也是最让人类心驰神往的,其关键在于拥有分化能力的干细胞。

  当器官与组织受到损伤时,这些干细胞就会涌入这些位置,并迅速完成自我修复再生的过程。

  干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞,被称为“万用细胞”。

  而根据干细胞发育潜能也可分为三种类型:全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。

其中,全能干细胞具有形成完整个体的分化潜能,如受精卵。其中,全能干细胞具有形成完整个体的分化潜能,如受精卵。

  多能干细胞则具有分化出多种细胞组织的潜能,如胚胎干细胞。

  而单能干细胞则分化潜能最弱,只能向一种或两种密切相关的细胞类型分化。

尽管,人类诞生的最初也存在着各种干细胞。尽管,人类诞生的最初也存在着各种干细胞。

  但在胚胎的发育,随着分化的越来越复杂,细胞的全能型也在一步步地丢失走向功能化。

  而按照发育阶段分类,干细胞也可以分为胚胎干细胞成体干细胞

  人类成体,基本已彻底失去了“残体再生”的这项能力。

类似的,随着物种的进化,越高级的生物再生能力也在一点点地丢失。类似的,随着物种的进化,越高级的生物再生能力也在一点点地丢失。

  相对来说,越原始的生物,其再生能力也就越强。

  例如涡虫(planarian),就是目前所知的再生能力最强的生物。

涡虫,一种可爱的水平涡虫,一种可爱的水平

  它们具有几乎无限的再生能力。

  无论是横切、纵切还是斜切,又或是切掉肌肉、皮肤、肠道生殖系统乃至“大脑”。。。

  涡虫的这些若干体段,在一周左右的时间内就能重新长成若干条涡虫。

  别说是切出一场足球赛了,就是赛场场的观众都能靠切自己来凑齐。

事实上,科学家研究再生问题的最初,也是从涡虫正式开始的。事实上,科学家研究再生问题的最初,也是从涡虫正式开始的。

  人类科学家从18世纪起,就已经注意到涡虫的不同凡响了。

  不过,直到一个世纪后关于涡虫再生的系统研究才开始。

  当初,靠研究果蝇闻名的遗传学家摩根(Thomas Hunt Morgan)就还对涡虫情有独钟。

尽管后来摩根断定“再生”是个极难解决的问题,便放弃了涡虫投入果蝇的怀抱。尽管后来摩根断定“再生”是个极难解决的问题,便放弃了涡虫投入果蝇的怀抱。

  但摩根也不算辜负涡虫,他也完成了大量涡虫再生的实验。

  当时,摩根就找到了涡虫再生所需的最小组织块。

  一条涡虫,本身体积就很小。

  当他将涡虫切割到原本虫体1/279的时候,这1/279的组织块竟然还能再生出一条新的涡虫来。

1907年摩根进行的涡虫再生实验1907年摩根进行的涡虫再生实验

  现在我们知道,涡虫之所以如此强悍,是源于它们体内一种称为“Neoblasts”的成体多能干细胞群。

  而Neoblasts也是成体涡虫体内唯一具有增殖和分化潜能的干细胞。

  这种细胞在涡虫体内可以发生迁移、增殖和分化,对虫体组织器官损伤的修复或替代具有重要作用。

  它弥漫性地分布在涡虫的整个身体中,占涡虫细胞数量的25%~30%。

  理论上,只要存在一个这样的细胞,涡虫就能像死侍一样无限重生。

科学家在实验室创造出的双头涡虫科学家在实验室创造出的双头涡虫

  涡虫本身就是一类非常独特的生物。

  尽管结构简单,但涡虫与人类细胞、组织和器官是同源的。

  到现在,涡虫仍是研究再生问题最重要的模式生物之一。

  而它本身还可以通过横分裂的方式进行无性繁殖。

  所以说,在生存环境不错的情况下,喜欢切涡虫做实验的科学家反而是在帮助它们开枝散叶。

研究涡虫再生问题的终极目标,正是实现人类的器官再生。研究涡虫再生问题的终极目标,正是实现人类的器官再生。

  科学家一直的梦想都是将受损或因疾病而引起功能性障碍的器官再生出来。

  而不是像现在这样依赖移植,还需要面对排异以及器官供体的问题。

  当然,人类的器官可再生还遥遥无期,但这并不妨碍我们设想未来。

  说不定这扇重生大门正藏在某种生物身上,等待着我们打开。

干细胞魔幻动物
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