Πώς τα διαφορετικά ζώα μεγαλώνουν πίσω άκρα; (Και Γιατί δεν μπορούμε);

Ζώα όπως το axolotl, η hydra και η planaria μπορούν να αναγεννήσουν ολόκληρα μέρη του σώματος εάν αποκοπούν. Το κάνουν αυτό χάρη σε μια δεξαμενή βλαστοκυττάρων που μπορούν να διαιρεθούν σε οποιοδήποτε κύτταρο του σώματος και μένοντας νεανικά, διατηρώντας τις αναπτυξιακές οδούς. Τα περισσότερα θηλαστικά, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου, δεν έχουν αυτά τα δύο χαρακτηριστικά, γεγονός που μας εμποδίζει να αναγεννήσουμε ένα χέρι.

Το άκρως απειλούμενο axolotl βρίσκεται σε δύο μόνο λίμνες σε ολόκληρο τον κόσμο, και οι δύο σε κοντινή απόσταση από την Πόλη του Μεξικού.

Το axolotl παρασύρεται σε αυτές τις λίμνες γλυκού νερού, κυνηγώντας μικρά ψάρια και μαλάκια. Το σήμα κατατεθέν χαμογελαστό στόμα του ανοίγει διάπλατα και ρουφάει νερό με το κενό στο στόμα του, τραβώντας το θήραμα. Κοντά στην επιφάνεια, ένας ερωδιός χτυπά το axolotl και το axolotl απομακρύνεται με βελάκια αφήνοντας μόνο ένα χέρι στο στόμα του ερωδιού.

Έναν μήνα αργότερα, το χέρι είναι πίσω, σαν να μην συνέβη ποτέ τίποτα.

Σε όλο το ζωικό βασίλειο, από τις κατσαρίδες μέχρι τους γρύλους, τις αξολότλες έως τις ανεμώνες, η αναγέννηση είναι δυνατή - και συνηθισμένη. Πώς θεραπεύονται τόσοι πολλοί οργανισμοί τόσο απίστευτα και γιατί η θεραπεία μας ωχρά σε σύγκριση;

Πώς διαφέρουν η αναγέννηση και η θεραπεία;

Η αναγέννηση είναι ουσιαστικά υπερ-δυναμική θεραπεία. Φανταστείτε ότι έχετε μια βαθιά τομή. Στα περισσότερα σενάρια, η οπή θα γεφυρωθεί από ουλώδη ιστό που είναι ανυψωμένος, σκληρός και όχι τόσο καλός όσο ο αρχικός. Εάν κάποιο θηλαστικό χάσει ένα άκρο, το μόνο που θα μείνει είναι ένα άκρο καλυμμένο με ουλώδη ιστό. Αναγέννηση είναι μια διαδικασία θεραπείας που μιμείται το αρχικό στοιχείο του σώματος όταν κάτι χάνεται, τόσο σε εμφάνιση όσο και σε λειτουργικότητα.

Μια σαύρα που μεγαλώνει πίσω μια ουρά—ένα παράδειγμα αναγέννησης που έχουμε συναντήσει πολλοί από εμάς (Φωτογραφία :Anadolu_Dizgi/Shutterstock)

Πώς το axolotl μεγαλώνει ένα ολόκληρο μέλος;

Το axolotl είναι πιθανώς ο μεγαλύτερος από όλους τους αναγεννητές. Μπορεί να αναγεννήσει άκρα, ουρές, μεγάλα τμήματα του νωτιαίου μυελού του, καρδιακό ιστό, ακόμη και εξαιρετικά περίπλοκο και διασυνδεδεμένο νευρικό ιστό.

Φανταστείτε ένα μόνο κύτταρο που περιβάλλεται από άλλα κύτταρα. Που είναι? Ο αντίχειράς σου. Πώς γνωρίζει αυτό το μεμονωμένο κελί στον αντίχειρά σας ότι βρίσκεται στον αντίχειρά σας, στο σώμα σας, κάπου στον κόσμο, καθώς κάνετε κύλιση σε αυτό το άρθρο; Δεν κάνει! Το μόνο που γνωρίζει είναι τα άλλα κύτταρα που υπάρχουν γύρω του. Αυτό είναι ένα ιδιαίτερα σοβαρό πρόβλημα εάν ανήκετε στο blastema, το οποίο είναι υπεύθυνο για την ανάπτυξη ενός μέλους — πώς ξέρετε πώς να αναμορφώσετε κάτι που έχει ήδη φύγει;

Υπάρχει μια σειρά γεγονότων που πρέπει να συμβούν όταν ένα axolotl χάσει ένα άκρο. Πρώτον, το axolotl πρέπει να σταματήσει την απώλεια αίματος. Αυτό το επιτυγχάνει σχηματίζοντας ένα μικρό καπάκι πάνω από το τραύμα, που αποτελείται από κύτταρα που διαιρούνται γρήγορα, γνωστό ως βλάστεμα. Αυτή η μικρή συστάδα κυττάρων πρέπει να αναπτυχθεί εκ νέου μέχρι ένα ολόκληρο άκρο. Για να γίνει αυτό, πρέπει να βρει ξανά τον προσανατολισμό του—έναν άξονα .

Οι άξονες λειτουργούν μέσω χημικών ουσιών που είναι γνωστές ως μορφογόνα . Τα συγκεκριμένα κύτταρα είναι πηγές διαφορετικών μορφογόνων. Όσο πιο κοντά βρίσκεται ένα κύτταρο στην πηγή ενός συγκεκριμένου μορφογόνου, τόσο πιο συγκεντρωμένο είναι το μορφογόνο. Τα κύτταρα ξέρουν πώς να αναγνωρίζουν αυτή τη συγκέντρωση, γνωστή ως βαθμίδα μορφογόνου. Εάν υπάρχουν περισσότερα από ένα μορφογόνα, αυτό είναι ακόμα καλύτερο! Δύο μορφογόνα είναι σαν τους άξονες x και y σε ένα γράφημα. Οι συγκεντρώσεις είναι οι συντεταγμένες, και γνωρίζοντας τις συντεταγμένες σας, ένα μεμονωμένο κύτταρο μπορεί να τοποθετηθεί μέσα σε ένα ολόκληρο άκρο.

Όταν ένα axolotl τραυματίζεται, τα γονίδια που κωδικοποιούν τα μορφογόνα ενεργοποιούνται.

Λεζάντα:Η συγκέντρωση ενός μορφογόνου μειώνεται πιο μακριά από την πηγή. Αυτή είναι η βαθμίδα μορφογόνου.

Το τρίτο βήμα είναι η αποστολή βλαστοκυττάρων για διάσωση. Τα κύτταρα που αποτελούν την καρδιά ή τους πνεύμονες ή το δέρμα είναι τόσο διαφορετικά όσο και τα ίδια τα όργανα. Τα βλαστοκύτταρα είναι αδιαφοροποίητα και έχουν τη δυνατότητα να γίνουν οτιδήποτε. Στο axolotl, τα βλαστοκύτταρα μεταναστεύουν στο βλάστημα και με τη βοήθεια μορφογόνων, τα αδιαφοροποίητα βλαστοκύτταρα γίνονται σιγά-σιγά οστά, δέρμα, νεύρα και μυς.

Τα Axolotls είναι ιδιαίτερα επειδή παρουσιάζουν ένα χαρακτηριστικό γνωστό ως neoteny . Το axolotl διατηρεί νεανικά χαρακτηριστικά, όπως τα εξωτερικά βράγχια, στην ενήλικη ζωή. Επίσης δεν σταματούν ποτέ να μεγαλώνουν. Σε αντίθεση με άλλα αμφίβια, δεν υφίστανται μεταμόρφωση. Οι οδοί ανάπτυξης και ανάπτυξης συνήθως «σβήνουν» στην ενήλικη ζωή και είναι δύσκολο να ενεργοποιηθούν ξανά. Ωστόσο, η νεογέννητη και η μεταμόρφωση σημαίνουν ότι αυτές οι οδοί δεν απενεργοποιούνται ποτέ. Αυτά τα δύο χαρακτηριστικά σημαίνουν ότι οι αναπτυξιακές οδοί που θα έπρεπε να είναι ανενεργές στην ενήλικη ζωή δεν απενεργοποιούνται ποτέ. Με άλλα λόγια, η ανάπτυξη ενός μέλους είναι ευκολότερη εάν το axolotl θυμάται πώς το μεγάλωσε αρχικά! Επιπλέον, τα axolotls διατηρούν έναν υψηλό πληθυσμό βλαστοκυττάρων, που χαρακτηρίζεται συνήθως από τη νεολαία.

Πώς η Ύδρα αναπτύσσεται ξανά ολόκληρο το σώμα της από ένα μόνο κύτταρο;

Όσο απίστευτη κι αν είναι η μακροσκοπική αναγέννηση ενός μέλους, ο μικροσκοπικός κόσμος έχει τα δικά του θαύματα αναγέννησης.

Η Ύδρα είναι ένας μικρός οργανισμός του γλυκού νερού. Έχει πλοκάμια που παρασύρονται στο νερό, έτοιμα να αρπάξουν το θήραμα. Ένα μικρό, σωληνωτό σώμα στη συνέχεια χωνεύει αυτό το θήραμα.

Συναρπαστικά, ολόκληρη η ύδρα μπορεί να αναγεννηθεί από ένα μόνο κύτταρο μέσα σε έξι ημέρες! Το μεμονωμένο κελί αρχίζει με διαίρεση. Στη συνέχεια χωρίζεται σε δύο στρώματα:το εσωτερικό και το εξωτερικό. Κάθε ένα από αυτά τα στρώματα έχει τη δική του κλίση μορφογόνου, βοηθώντας τα κύτταρα να ταξινομηθούν. Εκτός από τα μορφογόνα, εξειδικευμένα κύτταρα γνωστά ως οργανωτές βοηθούν επίσης να τραβήξουν τα κύτταρα στη σωστή θέση. Αυτά τα κύτταρα παράγουν νημάτια ακτίνης, τα οποία λειτουργούν ως μηχανικοί βραχίονες, σύροντας τα κύτταρα στη σωστή θέση και βοηθώντας την ύδρα να επανέλθει στο αρχικό της σχέδιο.

Η Hydra έχει επίσης έναν απίστευτο πληθυσμό βλαστοκυττάρων που αντιμετωπίζει τραυματισμούς πιο ασήμαντους από τον περιορισμό σε ένα μόνο κύτταρο.

Όπως το axolotl, η hydra αναπτύσσεται καθ 'όλη τη διάρκεια της ζωής της. Αναπαράγεται επίσης ασεξουαλικά, σχηματίζοντας μπουμπούκια που τελικά αποσπώνται από τον γονιό και γίνονται απόγονοί του. Δεδομένου ότι οι αναπτυξιακές οδοί που εκτελούν και τις δύο αυτές λειτουργίες είναι συνεχώς ενεργές, η Ύδρα μπορεί να αναγεννηθεί με ευκολία.

Εκκολαπτόμενος στην Ύδρα (Φωτογραφία :Sawatd340/Shutterstock)

Το Planaria είναι ένας μικρός, επίπεδος σκώληκας του γλυκού νερού που ακολουθεί παρόμοια διαδρομή προς την αναγέννηση με την ύδρα. Αν και χρειάζεται 10.000 κύτταρα αντί για ένα μόνο κύτταρο για να αναπτυχθεί ξανά, αυτό είναι εξίσου εντυπωσιακό, όπως το Planaria είναι περίπου δέκα χιλιάδες φορές μεγαλύτερο. Ένα άλλο χαρακτηριστικό του Planaria που μπορεί να το βοηθήσει να αναγεννηθεί τόσο εύκολα είναι η πλαστικότητά του. Ακόμη και στην ενήλικη ζωή, αυτά τα σκουλήκια χειραγωγούν το μέγεθος του σώματός τους ως απάντηση στη διαθεσιμότητα θρεπτικών ουσιών σε ένα οικοσύστημα. Ένα μικρότερο σώμα χρειάζεται λιγότερη τροφή τελικά!

Αναγέννηση στα Πλανάρια (Φωτογραφία :CRStocker/Shutterstock)

Γιατί οι άνθρωποι δεν μπορούν να αναγεννηθούν;

Οι άνθρωποι στην πραγματικότητα μπορούν αναγέννηση… αλλά υπάρχει μια σύλληψη.

Όταν είμαστε νήπια, μπορούμε να μεγαλώσουμε τα δάχτυλα από την τελευταία άρθρωση, αλλά αυτή η ικανότητα εξαφανίζεται καθώς μεγαλώνουμε. Αυτές οι συμβουλές ψηφίων είναι επίσης πλήρως λειτουργικές! Μπορούμε να αναγεννηθούμε στη νεολαία μας, επειδή οι αναπτυξιακές οδοί που είναι υπεύθυνες για την ανάπτυξη είναι ακόμα ενεργοποιημένες. Καθώς φτάνουμε στην εφηβεία, σταματάμε να μεγαλώνουμε, καθιστώντας πιο δύσκολη την πίσω άκρων και ιστών. Όλα τα θηλαστικά είναι κακά στην αναγέννηση. Σε σύγκριση με τα επίπεδα σκουλήκια, τα ερπετά και τα αμφίβια, η ικανότητά μας να αναγεννόμαστε είναι αξιολύπητη!

Οι άνθρωποι έχουν επίσης έλλειψη βλαστοκυττάρων. Στην ενήλικη ζωή, τα μόνα βλαστοκύτταρα που έχουμε βρίσκονται στον μυελό των οστών μας. Τα βλαστοκύτταρά μας είναι ήδη εν μέρει διαφοροποιημένα και μπορούν να σχηματίσουν μόνο διαφορετικά είδη κυττάρων αίματος. Δεν μπορούμε να μετατρέψουμε αυτά τα βλαστοκύτταρα σε νεύρα ή οστά. μόνο αίμα μπορούν να βγάλουν.

Νεότερες έρευνες συνεχίζονται συνεχώς στον τομέα των ανθρώπινων βλαστοκυττάρων. Τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα, για παράδειγμα, έχουν τεράστιο δυναμικό. Τα βλαστοκύτταρα μπορούν πραγματικά να φέρουν επανάσταση στον τομέα της ιατρικής. Θα μπορούσαμε να επουλωθούμε από οποιονδήποτε τραυματισμό, να μεγαλώσουμε ξανά χαμένα πόδια ή χέρια, να αναπτύξουμε όργανα από την αρχή για μεταμοσχεύσεις ή ακόμα και να αντιστρέψουμε τη γήρανση και να γίνουμε αθάνατοι. Ασφαλώς, θα ξεπερνούσαμε ακόμη και το axolotl, αν και η αναγέννηση όπως η Ύδρα και η Πλανάρια φαίνεται εντελώς αδύνατη για τα θηλαστικά, ανεξάρτητα από το τι επιφυλάσσει το μέλλον!