相對來說,越原始的生物,其再生能力也就越強。例如渦蟲,就是目前所知的再生能力最強的生物。無論是橫切、縱切還是斜切,又或是切掉肌肉、皮膚、腸道生殖系統(tǒng)乃至“大腦”……渦蟲的這些若干體段,在一周左右的時間內(nèi)就能重新長成若干條渦蟲。
說到“再生”這個話題,其實和“永生”一樣都非常令人著迷。可能永生還離我們太遠,但器官再生就顯得沒有那么空中樓閣了。往更好的方向設想,像換汽車零件一樣縫縫補補,或許還能實現(xiàn)另一種意義的“永生”。此外,那些具有再生能力的生物,也一直在給我們帶來希望。
蚯蚓其實禁不起折騰
相信每一名生物老師都給學生講過蚯蚓的再生能力。而每一個相信蚯蚓再生能力強大的人,也基本上都聽過這么一則冷笑話:蚯蚓一家這天很無聊,小蚯蚓就把自己切成兩段打羽毛球去了,蚯蚓媽媽覺得這方法不錯,就把自己切成四段打麻將去了,蚯蚓爸爸想了想,就把自己切成了肉沫。
蚯蚓媽媽哭著說:“你怎么這么傻?切這么碎會死的!”
蚯蚓爸爸弱弱地說:“……突然想踢足球?!?/p>
別看這是則冷笑話,這里面說的都是有事實依據(jù)的。因為蚯蚓的再生能力,真的沒有想象中那么強,禁不起折騰。首先,并非所有蚯蚓都具有強大的再生能力。蚯蚓屬于環(huán)節(jié)動物,由皮膚及肌肉構成一環(huán)一環(huán)的體壁,每一環(huán)為一個體節(jié)。世界上大概有2500余種蚯蚓,而不同種類的蚯蚓,其再生能力差異是非常大的。
例如我們平日最常見的陸正蚓,它們的再生能力極差,可能切成兩半來打羽毛球的成功率都不高??芍^同蚓不同命,例如赤子愛勝蚓從頭到尾都有很強的再生能力。所以,赤子愛勝蚓也是實驗室的???,經(jīng)常被科學家切來切去做實驗。不過,想要將赤子愛勝蚓切成20幾段,順便組一次足球賽還是不太可能。
除了蚯蚓種類不同外,切割手法、生存環(huán)境、剪切位置以及體節(jié)長度等,都會影響到蚯蚓的再生能力。赤子愛勝蚓大約有95至155個體節(jié)。曾經(jīng)就有人將赤子愛勝蚯蚓切成18個體段,分別為有頭無尾、無頭無尾、無頭有尾這三個類型。結果發(fā)現(xiàn),對于不同位置切割的蚯蚓來說,存活率差別很大。其中,有頭無尾的體段再生能力是最強的,其次是無頭無尾體段,最后才是無頭有尾體段。
除此之外,剪切后蚯蚓的體節(jié)數(shù)越多,蚯蚓的存活率也越高,呈正相關關系。所以說,上面這則笑話最大的漏洞其實是蚯蚓媽媽和蚯蚓爸爸的身份,畢竟蚯蚓都是雌雄同體的。
人類可以耐受損失70%的肝臟
除了蚯蚓,蠑螈、蜥蜴、水蛭、海星以及渦蟲等生物,也都有著不同程度的再生能力。動物機體再生的策略并非一成不變,可以分為三種類型。
第一種是原本不會發(fā)生分裂的細胞,在器官組織受損后重新開始分裂和增值來修復損傷。例如火蜥蜴(也叫火蠑螈)的心臟受損后,其機體的細胞就會不斷分裂,并能成功修復損傷的器官。事實上,人類在某種程度上也具有這種修復能力。在人體的所有器官中,肝臟的再生能力就是最為強大的。人類的肝臟被切去一部分或受損后,肝細胞會迅速增殖以補充丟失、受損的肝組織。在短時間內(nèi),受損的肝臟可恢復到原有體積。所以,對肝移植捐獻者來說,不出半年捐出去的那部分肝就能長回來了。
當然,人類肝臟的這種修復能力也是有限的。如果切除的部分越大,恢復的能力也就會越差。有研究認為,人類可以耐受損失70%的肝臟。除此之外,從成人向兒童和從兒童向成人的肝移植手術可以看出,肝臟還有將自己大小調(diào)整到適應機體代謝需求的驚人能力。但生物的每一個部位的細胞類型都是不同的,只靠細胞增殖可無法完成再生。
第二種器官再生,屬于機體內(nèi)的某類特殊的細胞,在特定的條件下會停止原來的分化過程,并進入一種更加靈活的分化模式。它們可以變成受損傷組織的細胞,來修復當下?lián)p傷的器官。這也涉及到去分化與轉分化兩個概念,主要發(fā)生在動物的肢體再生中。我們熟悉的蜥蜴斷尾再生、蠑螈的斷肢再生以及斑馬魚的斷鰭再生等,都擁有類似的再生模式。例如,蠑螈的斷肢殘端的多核肌纖維細胞的細胞核會增大,然后變成為單核的成肌細胞。這些成肌細胞可以重新進入細胞周期,具有活躍的分化潛能。
第三種再生策略,也是最讓人類心馳神往的,其關鍵在于擁有分化能力的干細胞。干細胞是一類具有自我復制能力的多潛能細胞,被稱為“萬用細胞”。當器官與組織受到損傷時,這些干細胞就會涌入這些位置,并迅速完成自我修復再生的過程。而根據(jù)干細胞發(fā)育潛能也可分為三種類型:全能干細胞、多能干細胞和單能干細胞。但在胚胎的發(fā)育,隨著分化的越來越復雜,細胞的全能型也在一步步地丟失走向功能化。當人類成體,基本已徹底失去了“殘體再生”的這項能力。
越原始的生物再生能力越強
類似的,隨著物種的進化,越高級的生物再生能力也在一點點地丟失。相對來說,越原始的生物,其再生能力也就越強。例如渦蟲,就是目前所知的再生能力最強的生物。它們具有幾乎無限的再生能力。無論是橫切、縱切還是斜切,又或是切掉肌肉、皮膚、腸道生殖系統(tǒng)乃至“大腦”……渦蟲的這些若干體段,在一周左右的時間內(nèi)就能重新長成若干條渦蟲。別說是切出一場足球賽了,就是賽場的觀眾都能靠切自己來湊齊。
事實上,科學家研究再生問題的最初,也是從渦蟲正式開始的。人類科學家從18世紀起,就已經(jīng)注意到渦蟲的不同凡響了。不過,直到一個世紀后,關于渦蟲再生的系統(tǒng)研究才開始。當時,靠研究果蠅聞名的遺傳學家摩根就對渦蟲情有獨鐘。他找到了渦蟲再生所需的最小組織塊。一條渦蟲,本身體積就很小。當他將渦蟲切割到原本蟲體1/279的時候,這1/279的組織塊竟然還能再生出一條新的渦蟲來。渦蟲之所以如此強悍,是源于它們體內(nèi)一種稱為“Neoblasts”的成體多能干細胞群。而Neoblasts也是成體渦蟲體內(nèi)唯一具有增殖和分化潛能的干細胞。這種細胞在渦蟲體內(nèi)可以發(fā)生遷移、增殖和分化,對蟲體組織器官損傷的修復或替代具有重要作用。它彌漫性地分布在渦蟲的整個身體中,占渦蟲細胞數(shù)量的25%至30%。理論上,只要存在一個這樣的細胞,渦蟲就能無限重生。
渦蟲本身就是一類非常獨特的生物。盡管結構簡單,但渦蟲與人類細胞、組織和器官是同源的。到現(xiàn)在,渦蟲仍是研究再生問題最重要的生物之一。而它本身還可以通過橫分裂的方式進行無性繁殖。所以說,在生存環(huán)境不錯的情況下,喜歡切渦蟲做實驗的科學家反而是在幫助它們開枝散葉。
研究渦蟲再生問題的終極目標,正是實現(xiàn)人類的器官再生??茖W家一直夢想將受損或因疾病而引起功能性障礙的器官再生出來。而不是像現(xiàn)在這樣依賴移植,還需要面對排異以及器官供體的問題。當然,人類的器官可再生還遙遙無期,但這并不妨礙我們設想未來。說不定這扇重生大門正藏在某種生物身上,等待著我們打開。