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腿、大脑、心脏没了都可以复活,蝾螈令人惊讶的再生能力的秘密

众所周知,蜥蜴即使被切断尾巴也能再生,但地球上还有一个物种具有非凡的再生能力,被誉为“再生冠军”。它就是两栖动物蝾螈。蝾螈不仅是脚,连眼睛、大脑、心脏等器官都能自己恢复原状,而且还能反复再生。

蝾螈奇特的再生力量让科学家也为之着迷,但另一方面,它被认为是“常识之外的生物”,很多机制至今还是个谜。

四年前,蝾螈颠覆生物学常识的秘密被揭开。控制着蝾螈复生的秘密在“红血球”之中被发现。

哺乳动物的红血球专门负责运送氧气,而蝾螈的红血球很有可能会对伤口附近的细胞产生“时间倒流”的效果,从而再次改造身体。

那么,蝾螈特有的再生,具体到底是怎样进行的呢?

常识之外的复生能力

蝾螈失去的腿需要5个月左右,部分大缺的心脏需要1个月左右,能够不留伤痕地再生。另外,脚和眼睛的机能也能得到恢复。而且,它具有一生中可以多次再生的功能,这是作为哺乳动物的人类所无法想象的。

众所周知,蜥蜴断了尾巴也能再生,但蜥蜴和蝾螈的结构完全不同。蜥蜴的尾巴上本来就有一个缺口,敌人一出现就会掉下来。在转移敌人注意力的过程中,可以采取逃跑的行动。

蜥蜴的尾巴脱落后,会长出新的软骨,形状像棒子,用来保持身体平衡,这是蜥蜴在进化过程中获得的能力。

另一方面,蝾螈的身体中没有预先设计好的脱落部位,伤口会产生新的组织。这种令人惊异的再生力,是其他生物原本就拥有,还是只有蝾螈在进化过程中突然获得的,目前还不清楚。

如果能弄清楚这个“绝无仅有的再生机制”的话,说不定能应用于人类的再生医疗,从所有的方法,逼近蝾螈的再生系统的研究正在进行。

山椒鱼


揭开再生能力秘密的“干细胞”是什么?

实际上,和蝾螈一样属于两栖类的青蛙和山椒鱼在成长期也具有很强的再生能力。其中的关键是发育期在体内活跃工作的“干细胞”。

生物细胞从万能细胞“受精卵”开始,分为骨骼、肌肉等“干细胞”。肌肉的干细胞会进一步分为手掌和指尖的肌肉等。这被称为“分化”,一旦分化成为身体特定位置的肌肉,细胞就不会再变成肌肉干细胞。

我们人类在胎儿时期,干细胞的功能非常活跃,即使心室受伤,也能再生。但是,很多生物在成长、发育成熟的时候,干细胞的再生能力就会减弱。蝾螈的干细胞功能也会减弱,那么为什么只有蝾螈一生中能够多次再生呢?

受损的蝾螈心脏,一个月后复原


蝾螈再生系统的秘密

按照“常识”,干细胞一旦分化,就不可能变成原来的干细胞那样的细胞,但蝾螈的情况并非如此。

例如,蝾螈的手臂肌肉受伤后,伤口附近被称为“手臂”的特定部位的肌肉分化出的细胞,令人惊讶的是,会恢复成肌肉中的“与干细胞一模一样的细胞”。细胞就像时间倒流一样回到了一个阶段之前的状态。

在这种状态下,蝾螈伤口可以变成指尖的肌肉等各种各样的肌肉。这样产生的干细胞一样的细胞,在伤口附近,制作受伤部位的迷你大小的原型,配置必要的肌肉细胞,并出色地成长。这种令人震惊的现象被称为“去分化”。

根据目前的研究,可以确定蝾螈发生去分化的是腿部肌肉和眼睛的神经部分。但是,其骨头和皮肤等全身都有可能发生。

通过“干细胞”和“去分化”这两种机制的组合,产生了蝾螈特有的令人惊异的再生能力,目前正在进行详细的机制研究。

生物学的大发现,发出去分化指令的是红血球?

日本筑波大学教授千叶亲文试图解开蝾螈细胞“去分化”之谜。千叶认为蝾螈基因中隐藏着秘密,花了6年时间调查蝾螈体内工作的基因。结果发现了一种其他动物都没有的名为“Newtic1”的蝾螈固有基因。

提到基因的命名问题,千叶回答道:“首先因为是第一个被发现的基因,所以和英语中表示蝾螈的‘newt’合在一起,命名为‘Newtic1’。我期待Newtic1能发挥再生的关键作用。”

千叶用激光显微镜拍摄蝾螈伤口再生的样子,一个月后,他发现活跃再生的部分聚集着Newtic1产生的蛋白质(Newtic1蛋白质)。接着他再用高倍显微镜进行立体观察,发现Newtic1蛋白质像橡皮筋一样包围着细胞核。

这个细胞到底是什么呢?通过详细观察,千叶锁定了一个答案——“红血球”。

在哺乳动物中,包括我们人类,红细胞应该是专门运送氧气的,与身体再生无关,但仔细检查发现,蝾螈的红细胞有一个“细胞核”,这在人类的红细胞中是没有的,而且它们会产生各种东西。这是一个颠覆生物学常识的发现。

提到这一情况,千叶说到:“这实在是太意外了,红血球正在积极地分泌某种东西,一种与再生有关的因素。我不认为这是出乎意料的,而是一个以前没有人想象过的故事。”

去分化的开关是如何被打开的?

千叶亲文仔细研究蝾螈的红血球,发现与再生相关的重要蛋白质至少存在10种以上。进一步仔细观察红血球周围像橡皮筋一样的Newtic1蛋白质,发现是小颗粒状。千叶心中已经有了蝾螈再生的剧本。

蝾螈体内的红血球到达伤口后,与再生有关的蛋白质进入Newtic1制造的颗粒中。这些颗粒起到“搬运工”的作用,将与再生有关的蛋白质释放到红血球外的必要场所。由此打开了去分化的开关,支撑着蝾螈其独一无二的再生能力。

虽然目前千叶的这个推理还处于假说阶段,但研究者一直追赶的令人惊异的再生能力已初见端倪。

千叶还发现,Newtic1从红血球中挑选出的与再生有关的物质,人类也具有。如果是这样的话,蝾螈那令人惊讶的构造,应该可以在我们人类的再生医疗中发挥作用。

小颗粒状的Newtic1蛋白质


“我们的研究人员希望证明蝾螈再生系统的假说,并在将来找出Newtic1进行的物质的详细配方以及它们输送到再生部位的时间,以找出为什么人类有同样的物质却不能像蝾螈那样再生,以及我们如何能做到这一点。我们还希望建立一种医疗技术,利用软膏、注射或静脉滴注将再生所需的物质输送到伤口。”

另一方面,这种惊人的再生能力对蝾螈来说是否有利还是个疑问。

如前所述,蝾螈失去的脚重新再生需要5个月以上,对逃跑躲避天敌几乎没有帮助,因为在复生之前蝾螈很大可能就会被敌人吃掉。也就是说,这种再生能力在自然界中并没有什么作用。

即使是人类,在胎儿时期就有很强的再生能力,当他们从母亲的肚子里长出来时,也会失去这种能力 人们认为,进化过程使人类在陆地上留下疤痕和关闭伤口更有利。

那么,蝾螈是如何获得这种再生能力的?这是很难想象的。

Newtic1


全基因组分析破译再生能力的秘密

虽然蝾螈的再生能力的一些秘密已经被揭开,但最新的研究也是通过“全基因组分析”来探索这些秘密。

位于日本广岛大学的两栖动物研究中心正在进行蝾螈全基因组分析的研究,该中心有一个独特的设施,称为“蝾螈工厂”,有超过1000只蝾螈。

基因组是指所有的遗传信息,其中基因是蛋白质的蓝图,通过研究基因以外的部分的功能,目的是找到蝾螈再生能力的关键。

蝾螈农场饲养的蝾螈是伊比利亚蝾螈,是世界上最大的蝾螈之一,主要生活在西班牙。它们一次可以产生多达600个卵子,生长迅速,并能在短时间内繁殖,从相同的亲本中产生大量均匀的卵子,使得有效地进行遗传和其他研究成为可能。

需要大量人力的全基因组解读工作目前已经完成了,所有的碱基序列都被弄清楚了。

伊比利亚蝾螈


目前,研究中心对其序列进行详细研究的结果,发现了基因组的一部分被复制,粘贴到其他位置的“逆转录转座子”现象。由于这种情况频繁发生,蝾螈的基因组已经巨大到人类的7倍以上。

逆转录转座子产生的基因组的重复部分,一直被认为是没有功能的无用部分。

有人说,蝾螈的基因组大小是由于它们有大量的重复序列垃圾,基因组的大小是没有意义的。

通过详细分析整个基因组,广岛研究团队正试图揭开这些生物非凡的再生能力背后的秘密,例如,寻找它们之间的共同点。