听过一个笑话,一只蚯蚓感觉无聊想下棋,于是把自己切成两半就变成了两只蚯蚓,而有只蚯蚓想踢足球于是就切切切,把自己切成了几十段,结果这只可怜的蚯蚓挂掉了。但自然界确实存在一种生物具有几乎无限的再生能力,它就是涡虫。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。据报道日本三角涡虫甚至被切割成279~1500段以后,经过再生每一段都可以再生成一个完整的个体!别说是切出一场足球赛了,就是赛场的观众都能靠切自己来凑齐。
涡虫属扁形动物门,涡虫纲(Tubellaria)中淡水生活的习见种类,属三肠目(Tricladida)。
世界上已发现近400种,我国记录7种,以日本三角涡虫(Dugesiajaponica)分布最广,这也是亚洲东部常见的一种。且日本三角涡虫在我国分布极其广泛,从台湾、香港、云南、福建至北京、辽宁、吉林绝大多数省市均有分布。
淡水涡虫体多细长、柔软而扁平。背面稍突,多黑色、褐色、棕色或乳白色,腹面稍平而色浅。头部一般呈三角形、截顶状或弓形,头的两侧往住伸出长短不一的耳突,头部背面有2个黑色的眼点,有的种类限点多达数百个,生活于洞穴中的种类眼点退化或消失。口位于腹面近体后咽,为肌肉质长管状,能从口中自由伸出。用以捕捉食物,咽后为肠,分3支主干,1支向前,2支向后,故名三肠目。每支主干又反复分出小支,末端为盲管,有口无肛门,食物从口进入、不能消化的食物残渣仍由口排出体外。体腹面密生纤毛,由于纤毛和肌肉的运动,使其能在物体上作游泳状爬行。
涡虫是首先出现两侧对称、三胚层的动物,扁形动物的出现,是动物发展史上一次质的飞跃,它标志着动物界的演化发展已开始由水生向陆生、由固着或漂浮生活向自由爬行生活过渡,因此在动物的进化中具有重要意义。由于涡虫的再生能力特别强,因而又是研究细胞分化与去分化分子机理和动物行为及染色体的好材料,一直是动物界热衷探索的研究领域。
涡虫作为实验动物已经有200多年的历史,早在20世纪初著名的遗传学大师摩尔根在从事果蝇的遗传学研究之前曾经痴迷于涡虫的再生研究,并发表了数十篇论文介绍涡虫的再生现象。
涡虫发育上的可塑性和惊人的再生能力是基于一种称为Neoblasts的 成体多能干细胞。干细胞是成体涡虫中唯一具有增殖分裂能力的细胞,它能产生各种细胞类型,包括神经细胞和生殖细胞。摩尔根曾经观察到涡虫的头部片段(不含有任何生殖系统的残迹)不仅能够再生出躯干和尾,而且还能重新形成有功能的性腺。这种体细胞性干细胞的转分化现象是线虫和果蝇所不具备的。
再生是生物体对损伤刺激的保护性反应,受手术切割刺激,涡虫特化细胞杆状体立即释放内含物,在创伤面形成一层保护性粘膜。同时,创伤面肌肉剧烈收缩,背面和腹面的上皮细胞互相接触引发了涡虫的再生反应,数小时后即可观察到伤口处增殖活跃的细胞,在伤口下面,Neoblasts开始聚集,迁移,形成白色的再生组织,称为“胚基”, “胚基”再生出涡虫失去的部分。研究证明,再生胚基的形成湿细胞分裂和细胞迁移共同作用的结果,如果将涡虫后半部分保护住,前半部分用X光射线处理以杀死具有增殖能力的Neoblasts,然后将涡虫头部切除,虫体后半部离伤口较远没有受到X射线照射的Neoblasts通过迁移使虫体再生能力恢复。但是,再生过程需要延长几周时间。其他研究也观察到Neoblasts的迁移现象,如涡虫的眼点前部区域和咽组织区域,这些部分没有Neoblasts分布,很显然这些部位需要Neoblasts迁移来维持细胞更新。
关于再生胚基的细胞来源,尽管有人提出细胞去分化或转分化理论,但至今没有充分的实验证据。相反,Neoblasts移植实验和BrdU标记实验等令人信服的说明Neoblasts和胚基细胞完全一样。近年来的一些实验也进一步证明Neoblasts是涡虫再生的唯一细胞来源。
对于涡虫再生能力的研究有可能会使老化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的英国研究委员会成员阿齐兹·亚布巴克博士是这项研究的领导者,该研究显示,一种被称作“Smed-prep”的基因显然是导致涡虫的头部和大脑适当再生的基本要素。
涡虫具有在被截断后,身体部位再生的独特能力,这些部位包括头部和大脑。它们含有成熟干细胞,这些细胞经常分裂,变成身体缺失的所有类型的细胞。该研究显示,当涡虫的身体部位进行再生时,是一套基因在控制这一过程,使它们在正确位置再生出大小、形状和方位保持原状的肢体。
更令人惊奇的是塔夫斯大学研究人员发现,真涡虫不仅能再生一个头,这个新头还拥有以前的记忆。他们把这些斩首前的蠕虫放在一个培养皿中训练它们寻找食物。它们的新头重新长出来时,这些蠕虫依然能记住这些技能。真涡虫有两个探测强光的眼点。这些眼点扮演了光感受器的角色,有助于真涡虫远离强光光源。生物学家训练这些蠕虫寻找隐藏在一个照亮培养皿中心的食物,使它们克服对光的恐惧。科学家发现,真涡虫不仅在头被切掉后可以再生一个头,而且这个再生的头还含有和被砍掉的头一样的记忆。
亚布巴克说:“这些令人震惊的蠕虫为我们观察一种非常简单的动物的组织再生能力提供了很好的机会,它们可再生的肢体范围非常广泛,而且再生起来相当轻松。我们想弄明白成熟干细胞是如何帮助任何动物形成和再生受损的或失掉的器官和组织的。了解其他动物的再生能力,会给人类再生医学研究带来很大好处。”虽然目前再生能力对于人类还只是遥远的想象,但随着科学的进步,科学家对再生能力的进一步揭示,也许器官与肢体的再生真的会成为现实。
,