у какого животного отрастают конечности
Регенерация или кто и что умеет отращивать и залечивать: Росомаха отдыхает
Регенерация, как известно, обозначает процесс восстановления клеток. Причем регенерироваться в природе может практически всё, что угодно. Ее разделяют на физиологическую и репаративную, последняя как раз отвечает за отращивание элементов тела. Чемпионами по данному навыку являются плоские и кольчатые черви. Наверное, все знают, что перебитый надвое червяк не погибает, а превращается в две самостоятельные особи. Они не только отращивают свои части туловища, но и творят клонов из своих кусочков.
У насекомых этот процесс более сложный и не такой обширный. Максимум, на что они способны – заново отрастить усики или лапки. Правда, и здесь процесс может пойти не по плану, а вместо аккуратных усиков на голове может появиться конечность! Среди позвоночных наиболее поразительной является способность ящерицы оставлять свой хвост у противника. Позже он отрастет заново. Ну а человеку осталось довольствоваться малым, а именно способностью печени восстанавливаться при ее практически полном вырезании (90%). Это, конечно, не новенькая нога, но хотя бы что-то.
К сожалению, на данном этапе развития медицины мы можем только завидовать тем, кто умеет отращивать новые конечности. Давайте разберемся подробнее, кто так может.
Гидра пресноводная
Обитает коротышка длиной от 1 до 20 мм в стоячих пресноводных водоемах. У нее есть подошва, стеблевидное тельце и рот. Долгое время вообще считалось, что данный живой организм является бессмертным, но позже у него были обнаружены механизмы старения.
Главная фишка гидры заключается в том, что она обладает удивительной способностью к регенерации – если ее разрезать поперек или даже протереть через сито, то каждая новая частичка станет полноценной гидрой. Причем каждый новый организм будет точно знать, с какой стороны нужно отращивать голову, а с какой ножки.
Данио-рерио
Эта маленькая рыбка обладает уникальными способностями не только отращивать части тела, но и возвращать свойства зрительной и слуховой систем.
Рыбешки станут идеальным дополнением любого аквариум, они продаются в больших зоомагазинах. Если вдруг кто-то откусит хвост или плавник у данио-рерио, то малышка активизирует все свои внутренние ресурсы, которые начнут восстанавливать мышечную и костную ткань. А если рыбина, потерявшая зрение, будет находиться в отлично освещенном месте, то под воздействием световых лучей она начнет видеть заново.
Тритон обыкновенный
Вряд ли это животное можно назвать вполне обыкновенным, учитывая его возможности заново отращивать конечности. Правда, за процесс регенерации у него отвечает нервная система, поэтому включается он только тогда, когда в поврежденном органе остался нерв.
В противном случае чуда не случится. Ученые на протяжении долгих лет изучали тот факт, как возраст тритона влияет на регенерацию. Они 18 лет подряд удаляли хрусталик, который восстанавливался за 1 день, и даже в старости животное не утратило своих волшебных способностей.
Аксолотль
Это земноводное способно всю жизнь прожить в стадии очаровательной личинки, даже достигнув половозрелости. Аксолотль вырастает до 30 см и может без особого труда в короткие сроки отрастить поврежденную или утраченную конечность.
Некоторые любители аквариумов заводят его у себя дома, но уход за таким питомцем очень сложный и кропотливый. Если не соблюдать условия содержания, то он быстро превратиться в амбистому, утратив внешние жабры и поменяв форму тела. Но без содействия специалистов бесконтрольная метаморфоза может привести к гибели животного.
Эти животные обладают способностью заново отращивать клешни. Если клешни разного размера, то, как правило, правая больше. Если ее оторвать, вместо нее появится новая клешня, но уже меньше левой, которая в итоге возьмет на себя ведущую роль и в короткие сроки вымахает до нужного размера. А вот если оторвать обе лапы, они будут уже одинаковыми.
Новая лапа, хвост и даже голова: какие животные способны регенерировать части тела
Умение ящериц отращивать новый хвост в случае его потери — широко известный факт. Но, оказывается, в мире животных есть и другие виды, способные к регенерации различных частей тела и даже всего организма из маленького его участка. О самых интересных из них мы расскажем в нашем обзоре.
Гидрактинии
Эти морские животные из класса гидрозои ведут неподвижный образ жизни, прикрепившись к раковинам более крупных морских обитателей или просто к камням. Гидрактинии способны регенерировать утраченные части тела, в том числе и голову, если ее, например, откусит хищная рыба.
Аксолотль
Аксолотль — это личиночная стадия амбистом, которые относятся к хвостатым земноводным. Аксолотли обладают поистине удивительными способностями. В случае повреждения эти животные могут восстановить не только утраченные лапы или хвост, но и различные внутренние органы и даже части головного мозга.
Дождевые черви
Всем знакомые представители кольчатых червей могут восстановить полноценный организм из передней части тела.
Крысы
Маленькие крысята могут регенерировать поврежденный хвост и конечности. Но это возможно лишь в лабораторных условиях при воздействии электрическим током, что доказал в своих экспериментах американский ученый Роберт Беккер.
Морская звезда
Всего из одного фрагмента морской звезды, (одного щупальца) может образоваться новая особь полноценной формы и размеров.
Губки
Поистине фантастической способностью обладают губки — водные беспозвоночные животные. В ходе экспериментов было установлено, что если тело губки разделить на отдельные клетки (например, путем протирания через сито) и перемешать их в воде, то через некоторое время клетки начинают сближаться и соединяться, образуя первоначальный организм. Более того, ученые проводили этот опыт с тремя разными видами губок, и клетки каждого вида находили друг друга и соединись в три разных организма.
Гидры
Эти водные беспозвоночные обладают схожими с губками способностями: они могут восстановить целый организм из раствора отдельных клеток.
Конечно, такие сверхспособности некоторых живых организмов вызывают большой интерес у ученых. А некоторые даже надеются, что медики, поняв до конца механизм регенерации, смогут применит эту технологию к человеческому организму.
У какого животного отрастают конечности
Топ-10 животных с удивительной способностью к регенерации
Люди довольно слабые животные. Если вы отрежете палец, вы не получите его обратно, если вам только не повезет, что рядом окажется команда высококвалифицированных хирургов и больница. Даже в этом случае вы не сможете полностью контролировать им. Но что, если бы вы могли восстановить потерянные части тела?
Конечно, до некоторой степени мы исцеляемся от ран, но наши несовершенные человеческие тела ничто по сравнению с некоторыми животными. Вот десять животных, способных регенерировать свое тело.
Видео. ТОП-10: Животные с удивительной способностью к регенерации
10. Морской слизень
Фото. Морской слизень
Морские слизни намного интереснее, чем следует из их названия. Помимо того, что они живут в море, они обладают множеством талантов. Некоторые морские слизни могут защитить себя, воруя у медуз жалящие клетки и повторно используя их. Некоторые могут выбросить чернила и слизь, чтобы отпугнуть злоумышленников. А есть те, кто лишает себя головы.
Elysia marginata — это морской слизень, который не думает о потере головы, а точнее всего тела. Обычно этот морской слизень питается водорослями. Вместо того чтобы просто поглощать все питательные вещества, слизням удается использовать хлоропласты водорослей и включать их в свое тело. Слизни могут получать энергию прямо от солнца. Но будучи слизнями, они относительно беззащитны для множества других животных, включая паразитов.
Когда слизень обнаруживает, что его тело было повреждено паразитами, он может ампутировать себе голову. Отрубив себе голову, голова начинает ползать и продолжать питаться. Со временем слизняк регенерирует совершенно новое тело. Остальное тело не умирает сразу, а его сердце продолжает биться, но ему никогда не удастся вырастить новую собственную голову.
9. Морские огурцы
Фото. Морской огурец
Морские огурцы могут выглядеть как слизни и жить в море, но они не имеют отношения к морским слизням. Эти животные обычно перемещаются по дну океана, собирая органические вещества, опустившиеся сверху. Будучи немногим больше, чем трубочки из плоти, они могут быть легкой добычей для других животных, но у них есть одна из самых необычных защит в природе. Когда морскому огурцу угрожает опасность, он может вытолкнуть свои внутренние органы, создавая липкую массу, которая отпугивает хищника в процессе, называемом потрошение.
Однако эта защита приносит проблемы. После того, как их органы вынуты, морские огурцы не могут вернуть их обратно. Если морской огурец хочет выжить, он должен вырастить совершенно новый набор. И они могут сделать это всего за одну-пять недель.
Независимо от того, вытолкнул ли морской огурец свои органы изо рта или заднюю часть, он начинает отращивать совершенно новый пищеварительный тракт с обоих концов, пока в конечном итоге он не встретится в середине организма. Пройдя через все эти усилия, морскому огурцу, возможно, придется проделать все это снова, если ему будет угрожает опасность, и он снова выкинет наружу свои внутренности.
8. Планарии
Для большинства животных разрезание пополам — серьезная проблема. Однако планарии просто не обращают на это внимания, если они оказались одной из половин. Если планарию разрезать пополам, в итоге получится два генетически идентичных червя, которые после недели регенерации будут ничем не хуже.
Планарии — довольно простые плоские черви, обитающие в воде. Отчасти из-за их простоты их можно успешно разрезать и регенерировать. Даже не важно, разрезаете ли вы их посередине или от конца, в целом у вас все равно останутся счастливые черви. Их даже можно разрезать несколько раз. Всего лишь 1/279 червя может дать совершенно нового червя. Настоящий секрет способности червей к регенерации кроется во взрослых стволовых клетках, которые составляют 20% их тела. Эти клетки сохраняют способность образовывать всевозможные новые ткани на протяжении жизненного цикла червя, поэтому они могут заменить все, что было потеряно, даже мозг.
Новый мозг разрезанных планарий представляет интерес для многих исследователей. Планарии можно научить реагировать на определенные стимулы, и кажется, что они способны запоминать эту тренировку, даже после того, как мозг усвоил ее и был отрезан.
7. Иглистые мыши
Млекопитающие не славятся своей способностью к регенерации. После ранения раны заживают медленно и часто с образованием рубцовой ткани. Однако одна группа мышей из Африки, похоже, разработала способ избежать образования рубцов.
Иглистые мыши — относительно маленькие и хрупкие существа. Жесткие волосы на их шерсти могут отпугнуть некоторых хищников, но не большинство. Когда их схватил хищник, они демонстрируют свой особый талант. У них кожа, которая легко рвется и сразу же после удерживания автоматически отслаивается. Хищник остается с полным ртом меха и кожи, а мышь убегает, чтобы прожить еще один день.
За исключением того, что у сбежавшей мыши может отсутствовать большая часть кожи. За относительно короткий период у мыши отрастает кожа, включая волосяные фолликулы, потовые железы и другие части, которые часто разрушаются при рубцевании. Ученые надеются, что генетические пути, используемые иглистыми мышами для регенерации тканей, в какой-то момент могут быть активированы и у людей.
6. Губки
Фото. Морские губки
Немногим животным понравится, когда их проталкивают через сито или помещают в блендер, но для губок это просто еще один день в лаборатории. Морские губки — одни из самых простых животных на планете. У них нет кровеносной, нервной и пищеварительной систем. Их клетки в значительной степени недифференцированы и могут превращаться в несколько типов в течение жизни. Но у губок есть одна большая хитрость, позволяющая им хорошо процветать.
Если разрубить губку на отдельные клетки, клетки снова начнут слипаться. Если группы клеток имеют правильный состав клеток, они смогут вырасти в полноценную губку. Если вы разделите две губки и смешаете их клетки вместе, тогда клетки каждого индивидуума смогут идентифицировать свои собственные и разделятся сами по себе.
Эта способность регенерировать из осколков полезна в океане, где от губки под действием волн могут отломаться кусочки, очень полезна. При этом небольшие кусочки может отнести к новым местам обитания и там можно будет устроить новое поселение.
5. Ящерицы
Аутотомия — это процесс, при котором животное ампутирует одну из своих частей тела. Это часто делается, чтобы помочь животному сбежать от хищника, и один из самых известных и немного ужасных примеров — это ящерицы, сбрасывающие свои хвосты.
Ящерицы — охотники, поэтому им приходится выходить на поиски своей добычи, но это, в свою очередь, подвергает их опасности оказаться на пути других хищников. Если ящерицу схватили за голову или тело, то они мало что могут сделать, чтобы убежать, но если хищник кусает за хвост, у ящерицы может быть шанс. У многих ящериц есть определенные слабые места в хвосте, которые можно ослабить, сократив мышцы. Это отделяет хвост, позвонки и все остальное. Затем хвост отваливается, давая ящерице шанс сбежать. Некоторые ампутированные хвосты ящериц продолжают изгибаться, чтобы отвлечь нападающего.
Ящерица, которая выжила после потери хвоста, в течение нескольких месяцев может отрастить еще один хвост. Этот новый хвост часто отличается от оригинала тем, что отделившиеся кости не вырастают заново, а заменяются хрящами.
4. Рогатые млекопитающие
У некоторых видов млекопитающих, таких как олени и лоси, вырастают впечатляющие пары рогов. Они могут служить разным целям. Самцы выращивают рога, чтобы помочь им бороться с соперниками за право спариться с самками, но их также можно использовать для борьбы с хищниками и соскребания снега, чтобы добыть пищу. Лосю его большие рога помогают слышать. Но многие люди не осознают, что большинство рогов отрастают каждый год — а это кровавое дело.
Весной самцы оленей сбрасывают старые рога и начинают расти новые. Новые рога вырастают из костных выступов на черепе и могут невероятно быстро расти. Новые рога покрыты мягким мехом, известным как бархат. Внутри этого бархата находятся кровеносные сосуды, которые питают растущие рога необходимыми им питательными веществами. После роста хрящ рогов заменяется костью, и бархат отваливается кровавой массой.
Похоже, что способность полностью регенерировать рога после сбрасывания, обусловлена типом взрослых стволовых клеток, которые обычно не присутствуют у млекопитающих.
3. Морская звезда
Фото. Морская звезда
Морские звезды — сложные животные с относительно простой формой тела. Большинство из них имеют центральный диск с пятью или более лучами, исходящими от него. Под лучами находится множество трубчатых ножек, которые позволяют морским звездам перемещаться и искать пищу. Однако лучи морской звезды довольно хрупкие и могут быть повреждены или оторваны. Затем происходит то, что у морской звезды вырастает новая конечность или из отрубленного луча вырастает новая морская звезда.
Если отделенный луч содержит хотя бы часть центрального диска, то, скорее всего, из нее вырастет новое тело. В большинстве случаев морская звезда теряет один луч в результате нападения. Иногда звезда отрывает себе луч, пытаясь спастись. Если оторвать его, то скорее всего, он унесет с собой часть центрального диска. Если хищник не съест луч, ампутированный луч уползет, чтобы попытаться прожить еще один день со своим новым телом.
Иногда молодая звезда может захотеть размножаться бесполым путем. Тогда она разобьется пополам. Каждая половина отрастит недостающие конечности, и две копии разойдутся.
2. Гидра
Гидры — крохотные водные организмы с простой структурой. У них есть голова с жалящими щупальцами и ступня, которая может прикреплять их к твердым предметам. Они живут, захватывая добычу щупальцами и загоняя ее в живот. Как только их пища переварилась, гидра выталкивает останки изо рта, потому что у них нет ануса. Возможно, это не похоже на жизнь, но гидра, похоже, извлекает из этого максимум пользы — они вполне могут быть бессмертными.
Если вы возьмете гидру и разрежете ее пополам, каждая половина превратится в гидру меньшего размера. Если разрезать их на множество фрагментов, у вас может получиться много гидр. Это потому, что большая часть гидры состоит из стволовых клеток, каждая из которых способна вырасти в совершенно новую гидру. Пока части белкового скелета гидры выживают при разрезании, организм может полностью обновиться.
Стволовые клетки гидры также объясняют их бессмертие. На протяжении всей жизни их стволовые клетки пополняются. Пока гидра находится в хорошей и безопасной среде, она никогда не состарится.
1. Аксолотль
Регенерация — это уловка, обычно используемая многими мелкими организмами, но у позвоночных она встречается гораздо реже, но один организм, аксолотль, в совершенстве владеет ею. Эти земноводные могут отращивать целые конечности, исцелять спинной мозг, регенерировать хвосты, части сердца и глаз. Их фантастические способности к регенерации сделали их модельным организмом для ученых.
Когда некоторые организмы восстанавливают часть своего тела, замена не так хороша, как оригинал. У аксолотлей регенерированная ткань неотличима от оригинала. Аксолотли могут делать это, взяв зрелые ткани, такие как кровь, и мышцы вокруг точки ампутации, превратить в недифференцированные клетки, похожие на стволовые. Затем стволовые клетки растут так, как если бы они развивались у новорожденного аксолотля. И они могут делать это сколько угодно раз. Если бы вы были достаточно садистским исследователем, вы могли бы продолжать отрезать ногу аксолотлю вечно, и она всегда отрастала бы.
Одна вещь, которую аксолотли не могут восстановить — это их естественная среда обитания. Сегодня они встречаются лишь в нескольких местах недалеко от Мехико.
Разгадан механизм регенерации конечностей
Процесс регенерации утраченных конечностей во многом сходен с процессом их формирования во время эмбрионального развития. Как выяснилось, это сходство не только внешнее. Оба процесса регулируются одними и теми же генно-регуляторными каскадами — Wnt/beta-catenin и BMP. Включая и выключая отдельные гены — участники этих каскадов, можно не только отключить регенерацию у животных, способных к ней, но и включить ее у тех животных, которые эту способность потеряли. В частности, ученым удалось таким путем включить процесс регенерации утраченного крыла у цыпленка.
Биологи из Испании и США провели серию генно-инженерных экспериментов, в результате которых им удалось показать, что регенерация конечностей у позвоночных регулируется теми же ключевыми регуляторными белками, которые управляют развитием конечностей у эмбриона. Белки, о которых идет речь, образуют два сигнально-регуляторных каскада, или пути (pathways), которые называются Wnt/beta-catenin (о роли белка Wnt в развитии червя Caenorhabditis elegans см. Развитие червей начинается с хвоста, «Элементы», 23.11.2006) и BMP (по названию ключевого участника каскада — белка BMP, bone morphogenetic protein).
Для первого эксперимента ученые сконструировали специальный вирус, в геном которого был встроен ген белка Axin1. Этот белок блокирует работу Wnt-каскада. Введение вируса аксолотлю снизило способность к регенерации. У аксолотля в норме отрезанные конечности восстанавливаются полностью, однако у зараженных искусственным вирусом аксолотлей вместо лапы вырастала лишь заостренная культя без пальцев.
Этот эксперимент показал, что нормальная работа Wnt-каскада — необходимое условие регенерации, но является ли она также и достаточным условием? Чтобы проверить это, ученые поставили эксперимент на шпорцевой лягушке, у которой, в отличие от аксолотля, способность к регенерации есть только у головастиков и с возрастом исчезает. Был сконструирован еще один вирус, производящий белок бета-катенин — один из ключевых участников Wnt-каскада. Введение этого вируса улучшало способность шпорцевых лягушек к регенерации конечностей на тех стадиях развития, когда эта способность уже ослаблена. Однако у взрослых лягушек, полностью потерявших способность к регенерации, этого не наблюдалось. Следовательно, для регенерации необходимо что-то еще, кроме Wnt-каскада.
Третьим подопытным объектом стала рыбка данио-рерио (zebrafish). В норме эта рыбка способна заново отращивать утраченные плавники. Ранее было показано, что различные ингибиторы Wnt-каскада снижают эту способность (так же, как и у аксолотля и шпорцевой лягушки). Чтобы проверить, способно ли активирование Wnt-каскада усилить способность к регенерации у данио-рерио, исследователи использовали рыбок, потерявших эту способность в результате мутации. Введение таким рыбкам бета-катенинового вируса привело к частичному «исправлению» данного дефекта. На данио-рерио исследователям удалось также показать, что для успешной регенерации, помимо Wnt-каскада, должен нормально работать также и сигнально-регуляторный каскад BMP.
Самое интересное, что оба каскада (Wnt и BMP) руководят и развитием конечностей в ходе нормального эмбрионального развития. На клеточно-тканевом уровне оба процесса — регенерация и развитие конечности в эмбриогенезе — тоже очень сходны. Авторы не исключают, что у регенерации может быть и какая-то своя специфика (то есть могут быть какие-то особые регуляторы, необходимые для регенерации, но не участвующие в эмбриогенезе). Но в целом полученные на сегодняшний день данные указывают на то, что восстановление утраченных конечностей, по сути дела, осуществляется на основе той же самой программы развития, которая руководит формированием конечностей у эмбриона. И эту программу, по-видимому, можно искусственно «включить» даже у тех животных, которые в норме вообще не способны восстанавливать утраченные конечности. Ведь программа эмбрионального развития есть у всех!
Ученым удалось подтвердить это предположение в опытах на курином эмбрионе (см. рисунок). Удаление особого многослойного эпителия, расположенного на верхушке зачатка крыла, приводит к недоразвитию крыла (B). Однако если активировать у цыпленка ген бета-катенина, крыло после такой ампутации развивается гораздо лучше (D).
Ученые делают из всего этого осторожный вывод, что сигнально-регуляторные каскады, управляющие развитием зародыша, вероятно, стали тем «сырым материалом», на основе которого у некоторых животных развилась способность к регенерации. Не исключено, что дальнейшее изучение этих регуляторных систем позволит в будущем «включать» регенерацию у взрослых животных, полностью лишенных способности к восстановлению утраченных частей тела, в том числе и у человека.
Источник: Yasuhiko Kawakami, Concepción Rodriguez Esteban, Marina Raya, Hiroko Kawakami, Mercè Martí, Ilir Dubova, Juan Carlos Izpisúa Belmonte. Wnt/beta-catenin signaling regulates vertebrate limb regeneration // Genes & Development. 2006 (Article published online ahead of print).