4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Черви, которым отрезали голову, вырастили новую вместе с мозгом

Черви, которым отрезали голову, вырастили новую вместе с мозгом

Журнал добавлен в корзину.

Можно ли отрастить себе чужую голову?

Под влиянием внешних условий планария может вырастить себе голову другого вида – правда, потом чужая голова всё равно превратится в свою.

В начале нынешней осени все бурно обсуждали идею одного итальянского хирурга пересадить человеческую голову с больного тела на какое-нибудь более здоровое (донором головы должен стать российский программист с тяжёлым заболеванием под названием спинальная мышечная атрофия, при которой человек постепенно теряет подвижность). Идея более чем смелая, хотя, надо признаться, известны успешные эксперименты по пересадке головы у животных. Но было бы намного проще, если бы взамен старой мы могли вырастить новую голову, лучше прежней, более красивую и умную – что, конечно, звучит ещё более фантастично. Однако именно это удалось сделать исследователям из Университета Тафтса.

Сразу скажем, что Майкл Левин (Michael Levin) и его коллеги экспериментировали не с крысами, не с собаками, вообще не с позвоночными, а с плоскими червями планариями. Планарии известны феноменальной способностью к самовосстановлению: даже если им отрезать голову, на её месте вырастет новая (считается, что своими выдающимися регенеративными умениями они обязаны обилию стволовых клеток, составляющих 20% их тела). И, само собой разумеется, что новая голова будет такой же, как отрезанная – той же формы и с теми же соединениями нервных клеток в мозге, присущих данному виду. Однако биологам удалось сделать так, что на теле планарии одного вида вырастала голова, принадлежащая планарии другого вида.

Когда у червя Girardia dorotocephala отрезали голову, у него начинали работать стволовые клетки, стремящиеся возместить потерю. Клетки общаются друг с другом химическими и электрическими сигналами – без постоянных контактов они не смогут сформировать орган; электрические же сигналы здесь задействованы потому, что часть их превращается в нейроны мозговых ганглиев. Оказалось, что если изменить систему контактов между ними, «отредактировать» белковые каналы между клетками, блокируя одни и оставляя рабочими другие, то на теле G. dorotocephala вырастет голова планарии Schmidtea mediterranea, или Dugesia japonica, или Polycelis felina. Разумеется, какие-то головы появлялись в таком случае чаще – свою роль играла эволюционная близость видов. Но, так или иначе, новая голова и по форме, и по внутреннему устройству нейронных цепей принадлежала другой планарии. Правда, как пишут авторы работы в International Journal of Molecular Sciences, держалась чужая голова сравнительно недолго: через несколько недель после завершения регенерации она начинала превращаться в ту, которая и должна быть на этом теле.

Полученные результаты ещё раз подтверждают, что в формировании органа участвуют не только гены, но и конкретные условия, в которых он формируется. Конечно, такое вмешательство в развитие, которое устроили исследователи для планарий, вряд может случиться само по себе, но генетическая программа всё-таки значительно уступила вмешательству – то есть, по крайней мере, у червей форма головы и её устройство не так уж жёстко детерминируется генами. Вряд ли такой фокус пройдёт с высшими животными, и на теле шимпанзе голову гориллы нам не вырастить, но какие-то отдельные молекулярно-клеточные процессы, обеспечивающие индивидуальное развитие, вполне могут быть столь же пластичными, как и «программа головы» у червей. И, возможно, некоторые генетические дефекты, вызывающие пороки развития, можно скорректировать внешним вмешательством, не залезая в последовательность ДНК.

Напоследок же вспомним ещё одну удивительную черту планарий: два года назад лаборатория Майкла Левина опубликовала в Journal of Experimental Biology статью, в которой говорилось, что у этих существ новая голова помнит то, что было в старой. Если планарию, которая вообще-то любит затенённые, потайные места, учили не бояться света и искать еду на открытом пространстве, а потом отрезали ей голову, то потом, отрастив новую голову, она каким-то образом вспоминала, что она может искать корм на свету. Как так получается, пока неизвестно: то ли запоминание сопровождается какими-то изменениями в ДНК, так что червь учится как бы весь целиком, а не только головой, то ли другие части тела берут в какой-то степени на себя функции центральной нервной системы.

Животное, способное заново отрастить голову

Поделиться сообщением в

Внешние ссылки откроются в отдельном окне

    Внешние ссылки откроются в отдельном окне

    Может ли обитатель морских глубин, обладающий необычайными регенеративными способностями, поделиться своим умением с людьми? На этот вопрос решил найти ответ корреспондент BBC Future.

    В лаборатории Голуэйского университета (Ирландия) стоит аквариум, в котором — удивительные существа: на синих ножках, словно леденцы на палочках, примостились ряды ракушек, покрытых странными «живыми волосами», слегка покачивающимися в морской воде. Эта колония крошечных морских полипов, которых называют гидрактиниями, была собрана на панцирях раков-отшельников у ирландских прибрежных скал. Необычные создания — родственники медуз, кораллов и морских анемон.

    Каждое из них размером не больше детской реснички и при ближайшем рассмотрении напоминает деревце на ножке, со стволиком и головой, покрытой щупальцами, с помощью которых оно ловит проплывающие мимо лакомые останки животных и растений.

    А еще эти животные наделены сверхъестественной способностью: когда какая-нибудь зубастая рыба откусывает волосатой гидрактинии голову (а это происходит нередко), та отрастает заново и через неделю уже щеголяет новыми щупальцами.

    Этот-то их талант и привлек внимание Ури Фрэнка и его коллег по Институту регенеративной медицины (REMEDI), расположенному в ирландском Голуэе. Фрэнк утверждает, что способность к регенерации тканей, которая встречается у организмов, подобных гидрактинии, возможно, издревле была присуща большинству животных, в том числе человеку, просто сейчас она не проявляется. Ученых, которые разделяют это убеждение, становится все больше. Так как же гидрактиния восстанавливает утраченные части тела? И не здесь ли кроется ключ к возможности регенерации тканей у человека?

    Читать еще:  За последнее десятилетие заболеваемость ВИЧ в России выросла на 13%

    Восстанавливать части тела могут многие животные — от морской звезды до саламандры. Но примитивные полипы выделяются на их фоне своими поистине необычайными способностями.

    Перегруппировка стволовых клеток

    Регенеративный талант гидрактинии основан на том, что она сохраняет свои эмбриональные стволовые клетки в течение всей жизни. Это означает, что в процессе заживления не просто образуется корочка и шрам, но и вырастает новая часть тела, как у зародыша, — даже голова.

    В этом году на конференции специалистов по биологии развития Фрэнк продемонстрировал видеоролик, где заснят процесс восстановления головы у гидрактинии: эмбриональные стволовые клетки, генетически модифицированные таким образом, чтобы светиться зеленым, движутся к шее безголового полипа. Аудитория пришла в восторг. Как написал в «Твиттере» один из ученых: «Ури Фрэнк показал на видео, как стволовые клетки гидрактинии физически перемещаются в сторону головы (поврежденного места). Класс!»

    После записи видеоролика ученые в Голуэе стали пытаться понять, каким образом гидрактиния восстанавливает свое покалеченное тело. Полученные результаты они надеются уже в ближайшее время опубликовать в каком-нибудь научном журнале. Подробности пока не разглашаются, но известно, что статья голуэйских биологов будет посвящена тому, как гидрактиния перегруппировывает свои стволовые клетки, чтобы заново отрастить голову, — к примеру, как до стволовых клеток доходит информация об утрате органа, и откуда берутся эмбриональные стволовые клетки.

    Изучение гидрактинии натолкнуло Фрэнка и его коллег на еще более глубокую мысль: почему восстанавливать свое тело могут лишь некоторые животные, тогда как большинству это недоступно? Саламандра может заново отрастить хвост, но ее близкие родственники — лягушки — не в состоянии воссоздать утраченные конечности. И если крошечный морской полип способен восстановить откушенную голову, почему люди не умеют заново выращивать себе хотя бы коренные зубы? Как говорит Фрэнк, в конце концов, стволовые клетки у человека и гидрактинии не такие уж разные.

    Древний предок

    Процессы, происходящие в стволовых клетках, сформировались в древности, и у многих видов животных они схожи. К примеру, сложная сигнальная система Wnt, которая отвечает за контроль над стволовыми клетками у развивающихся эмбрионов и при отсутствии такого контроля провоцирует рост раковых клеток, практически одинакова у всех животных, в том числе у гидрактинии и у человека. Это одна из немногих сложных систем стволовых клеток, состоящих из сотен элементов, которые остались неизменными с тех пор, как 600 миллионов лет назад гидрактиния отпочковалась от эволюционного дерева, в итоге давшего миру человека.

    В последнее десятилетие ученые стали приходить к выводу о том, что сначала стволовые клетки развились у еще более древнего, нежели гидрактиния, существа, чье мягкое тело давным-давно растворилось на дне древних морей. Фрэнк полагает, что, возможно, способность к регенерации сначала выработалась у этого доселе неизвестного существа, и все животные, появившиеся после него, уже обладали всем необходимым для восстановления утраченных частей тела, однако в современном мире эта их способность, в основном, никак не проявляется.

    «Может быть, это не такая уж безумная идея. Системы стволовых клеток весьма сложны, 600 миллионов лет может не хватить для того, чтобы разработать этот комплекс с нуля. Поэтому с большей долей вероятности можно предположить, что система стволовых клеток гидрактинии и человека унаследована от какого-то общего предка, — считает Фрэнк. — Кстати, вот гидрактиния может заново отрастить голову, а мы хоть и неспособны сделать это во взрослом состоянии, в утробе матери именно этим и занимаемся — формируем свою голову. Возможно, человек с возрастом просто утрачивает эту способность, а гидрактиния – нет».

    Эта теория укладывается в результаты исследования, опубликованные в прошлом году в британском научном журнале Nature, о двух разновидностях древнего плоского червя — планарии. Этот червь уже более века привлекает исследователей своими удивительными регенеративными способностями. Планарию можно разрезать на мелкие кусочки, и некоторые черви восстановят свое тело даже из мельчайшей частицы хвоста. Остальным требуется сохранить большую часть своего тела, чтобы суметь заново вырастить себе голову. Во всяком случае, так считалось до сих пор.

    Научные сотрудники Института Макса Планка (Германия) рассматривали гипотезу о том, что все планарии обладали одинаково сверхъестественными способностями к регенерации тканей, однако на начальном этапе эволюции у некоторых этот талант пропал. Ученые оказались правы. Довольно простая операция с системой стволовых клеток развивающегося зародыша позволила сделать из особи, неспособной вырастить голову из маленькой частицы хвоста, особь, наделенную таким талантом.

    Ури Фрэнк надеется, что его исследовательская работа поможет объяснить невероятные результаты опытов с планариями и разгадать другие загадки. Почему, например, планарии легко могут отрастить хвост, а гидрактинии тяжело восстановить свою ножку? Один из вариантов объяснения состоит в том, что миграция клеток может регулироваться за счет симметрии тела (передняя и задняя или левая и правая стороны), которой обладают планарии и люди, но не гидрактинии.

    Теоретически люди могут иметь скрытые регенеративные способности, не менее удивительные, чем у гидрактиний и плоских червей, как бы эти существа ни были далеки от человека. На базовом клеточном уровне между ними наблюдаются поразительные сходства. Возможно, исследуя их, мы тоже научимся восстанавливать утраченные или поврежденные части тела. «Спроса на выращивание новой головы у человека сейчас нет, — говорит Фрэнк, — но разве не здорово было бы уметь восстанавливать спинной мозг, больное сердце или почки, искалеченные руки и другие органы, которые мы можем потерять?».

    Исследования планарии показали, что это, может быть, не так уж невероятно, как было принято считать. Американский биолог Томас Хант Морган, которого называют отцом науки о регенерации тканей, еще в 1901 году проводил эксперименты с плоскими червями, демонстрируя их удивительную способность восстанавливать все тело из обрубка. Однако позже он забросил свои исследования, написав: «Нам никогда не понять явлений развития и регенерации».

    Читать еще:  Что можно сделать, чтобы не потолстеть с возрастом

    Конечно, многие тайны процесса регенерации еще только предстоит раскрыть, но, по-видимому, крошечное существо, живущее в аквариуме голуэйской лаборатории, и ему подобные могут помочь нам разгадать, как устроен процесс восстановления частей тела, раньше чем мы думали.

    Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

    Какое существо может отрастить себе новый мозг?

    Аксолотль, как было установлено учеными, является личинкой мексиканской амбистомы. Амбистомы (Ambystomatidae), семейство хвостатых амфибий. Амбистома — сухопутное животное, внешне похожая на крупную саламандру, но более скромной расцветки.

    У аксолотля есть фантастическая способность отращивать утраченные органы.

    Мы, конечно, знаем и других животных, которые могут отращивать новые хвосты или лапы, но всем им до аксолотля очень-очень далеко: он умеет полностью восстанавливать не только конечности, но и глаза, челюсти, сердце. И наконец – это единственное позвоночное, которое может заново отрастить повреждённые фрагменты своего мозга.

    Как же это происходит?

    Исследователи из Института Броуда (Broad Institute of MIT and Harvard) обнаружили, что частично разрушенный паллиум (часть переднего мозга, которая у человека образует кору больших полушарий) аксолотля способен образовывать все типы нейронов, которые были в нём до повреждения. Это означает, что вновь сформированная ткань мозга амфибии может подавать все те же сигналы, что были в её «арсенале» до ранения. Однако есть и ограничения: аксоны (длинные отростки нейронов), связывающие паллиум с другими частями мозга при регенерации, у аксолотлей образуются достаточно плохо. Работа опубликована в журнале eLife.

    Ранее уже было известно, что личинки саламандр — аксолотли — могут отращивать не только утраченные конечности, но и некоторые более экзотические части тела — например, участки мозга. Однако не было понятно, насколько правильно при этом происходит регенерация. Ведь для нервной ткани важно не только число и соотношение различных типов клеток, но и порядок их связей друг с другом. Чтобы его определить, американские нейробиологи использовали методы электрофизиологии, а также красители, меняющие цвет нейронов в зависимости от того, как часто они посылают сигналы определённой интенсивности.

    Авторы предполагают, что способность аксолотля регенерировать различные типы нейронов связана с его личиночным состоянием. Саламандры могут жить в форме аксолотля до смерти и при этом способны к размножению (размножение на стадии личинки называется неотения). Тем не менее при выполнении определённых условий (например, при добавлении йода в воду) аксолотль в любом возрасте может превратиться во взрослую саламандру. Это означает, что все клетки его тела постоянно готовы к метаморфозу. Грубо говоря, они по свойствам достаточно близки к стволовым клеткам.

    Что касается проблем с восстановлением длинных отростков, исследователи считают, что тут дело не в неспособности новых нейронов образовывать аксоны, а в отсутствии соответствующих сигналов со стороны окружающей нервной ткани. При эмбриональном развитии судьба каждой клетки определяется сигнальными веществами, которые выделяют её соседи — другие развивающиеся клетки. Нейроны мозга взрослого аксолотля таких веществ не образуют, поэтому новопришедшие клетки «не понимают», куда направлять аксоны. Однако если в ткань добавить такие вещества, новые аксоны наверняка удастся отрастить.

    Механизм регенерации саламандрами утерянных конечностей не имеет ничего общего с действием стволовых клеток, выяснили ученые.

    Магические способности саламандр

    Способность этих хвостатых земноводных отращивать себе лапы, легкие, мозг волновала человечество на протяжении тысячелетий — ее изучали Аристотель, Вольтер, Дарвин.

    Когда животное теряет часть тела, клетки поверхностного слоя кожи быстро покрывают рану так называемой эпителиальной крышкой, фибробласты разрывают связи с соединительной тканью и образуют на месте раны бластему, из которой формируется новая конечность. К примеру, на новую лапу уходит всего три недели.

    В конце XX века ученые предполагали, что клетки саламандр похожи на стволовые, то есть могут превращаться в любой орган.
    Мартин Крагль из немецкого Института Макса Планка выяснил, что это не так. Вместе с американскими коллегами он исследовал, как мексиканская саламандра аксолотль Ambystoma mexicanum отращивает себе конечности и ткани. Крагль воспользовался открытиями сотрудников Калифорнийского университета, которые доказали, что клетки бластемы саламандр подобны клеткам в развивающихся конечностях эмбрионов млекопитающих, которые способны обновлять свои конечности, однако теряют эти навыки перед появлением на свет.

    Эксперимент в ультрафиолете

    Исходя из идеи, что развитие конечностей из бластемы практически повторяет в кратком виде их естественное развитие у растущих существ, немецкие и американские ученые разделили животных на две группы. Первой ввели протеин GFP, полученный из флюоресцирующей медузы. В ультрафиолете этот протеин подсвечивает клетки зеленым цветом, что позволяет ученым проследить происхождение различных клеток и их предназначение. Во вторую группу вошли как взрослые аксолотли, так и личинки. Им ученые ввели клетки с протеином, взятые у генно-модифицированных особей. Личинкам вещество вкалывали туда, откуда, как знали биологи, должны были вырасти различные ткани и органы, в частности нервная система. Взрослым особям сначала вводили клетки с протеином, а потом отрезали от тела по кусочку.

    Несколько недель пронаблюдав за подопечными, биологи выяснили, что клетки ведут себя весьма консервативно — они вырастают лишь в те органы и ткани, из которых произошли. «Главный вывод исследователей: новые клетки мышц производят лишь старые клетки мышц, новые клетки кожи производят лишь старые клетки кожи, новые нейроны производят только старые нервные клетки», — пишет издание Science Daily.

    Нагляднее всего этот процесс наблюдался у личинок: вколотые в область, откуда должна была вырасти нервная система, подсвеченные зеленым клетки распространялись по растущему аксолотлю в точности по схеме нервной системы.

    «По всей вероятности, клетки близ ампутированного органа перепрограммируются, что позволяет им запускать эмбриональные программы формирования тканей без возврата к изначальной полипотенциальной клетке», — отметили исследователи в статье, опубликованной в престижном журнале Nature.

    Другими словами, клетки саламандр ведут себя принципиально иным образом, нежели стволовые. Если последние способны получать специализацию и развиваться в практически любые органы, то в клетках саламандр заложен механизм четкой преемственности.

    От саламандры к супермену

    Преимущество клеток саламандр в том, что для начала процесса регенерации им не нужно доходить до эмбрионального состояния — они отлично работают будучи взрослыми. Раскрыв тайну «активных клеток», врачи смогут выращивать человеку оторванную руку или ногу по примеру саламандры.

    Читать еще:  Зубная паста с пептидами справится с кариесом

    «Однажды мы сможет регенерировать ткани людей», — верит один из авторов исследования Малькольм Меден. Надежды американских ученых во многом объясняются личностью заказчиков исследования: его проспонсировал департамент обороны США, представители которого хотят помочь перенесшим ампутацию ветеранам Ирака и Афганистана.

    В некоторых источниках даже пишут, что Аксолотли могут буквально собирать себя по частям – присоединяя к себе освободившиеся части других сородичей – включая головы.

    Грубо говоря, если взять куски аксолотлей, сложить вместе и перемешать, то вполне возможно (утверждать наверняка не берёмся), что этот винегрет вскоре срастётся в нечто единое, поднимется на лапы и отправится по своим аксолотским делам.

    Благодаря своим уникальным способностям, эти животные водятся теперь не только в Мексике – их можно найти в научных лабораториях по всему миру, где учёные беспрестанно режут их на кусочки и потом опять складывают, как мозаику, надеясь разгадать этот фокус-покус.

    10 самых страшных паразитов, которые могут жить в человеческом теле

    Все наслышаны о страшных болезнях, которые переносятся комарами и другими паразитами, например малярии, но не все знают, что именно сейчас они уже могут жить внутри нас. Страшно? Паразиты, а именно черви и жуки — это живые существа, которые свободно ползают внутри человеческого тела. Самое страшное, что они могут жить внутри человека годами и десятилетиями и не давать о себе знать.

    Неглерия Фоулера

    1. Пораженный мозг

    Зомби — это безмозглые существа, которые питаются человеческим мозгом. Неглерия Фоулера ведет себя точно так же, она тоже ест мозг и поражает нервную систему. Среди симптомов, сопровождающих присутствие этого паразита, можно назвать головную боль, тошноту, рвоту и даже смерть. Это очень редкий паразит, в мире известно всего около тысячи случаев заражения им. Источник заражения — водоемы с теплой водой, поэтому плавайте осторожно.

    Онхоцеркоз

    Филярия онхоцеркоз — это червь, гельминт, который вызывает у человека слепоту. Велик шанс заразиться им в нецивилизованных регионах. Паразит поражает только роговицу человека, вызывая речную слепоту. Иммунитет человека не способен распознать паразита, поэтому слепота неизбежна.

    Филярия Банкрофта

    Этот паразит очень часто называют слоновьим, но не потому, что он огромных размеров, а благодаря тому, как он внешне уродует тело человека. После попадания в организм человека филярия ведет себя так же, как и другие паразиты. Спустя год червь становится уже взрослой особью и попадает в лимфатическую систему, которая контролирует отток жидкости из организма. Когда взрослый червь с «товарищами» блокирует дренажные каналы, жидкость не отходит, накапливается, в результате конечность становится похожей на ногу слона.

    Лоа лоа

    4. «Лоа лоа» больше похоже на название коктейля на тропическом пляже на экзотическом острове. Но на самом деле это паразит, которым можно заразиться при укусе насекомых. Личинка проникает через укус в организм человека, некоторое время живет в области укуса, вызывая воспаление и боль. Со временем червь вырастает и может проникнуть в глаз, человек даже будет чувствовать, как он там двигается. Червь может жить в теле до 17 лет.

    Овод

    Овод способен отложить в теле человека яйца. Если овод выбрал кого-то в качестве жертвы, то он будет вынашивать тысячи личинок, которые вылупятся из яиц. Личинка, для того чтобы расти, будет есть все, что найдет вокруг, то есть плоть, в результате на коже образуется дыра, а человек будет ощущать, как личинка двигается под кожей. Чтобы извлечь паразита или яйца, понадобится помощь хирурга.

    Ришта

    6. Когда человек плавает или купается в водоемах с нефильтрованной водой, то может заглотнуть водяную блоху. Эти блохи любят загрязненные озера и пруды, где они сидят и ждут свою жертву. Когда они попадают в желудок, то желудочный сок растворяет блоху, но ришта, которая была внутри блохи (дракункулез), проходит дальше. Спустя год червь уже достигает в длину 60-90 см. Тело человека становится для него маленьким, и он пытается выбраться из него на поверхность. Тело начинает жечь, возникает желание окунуться в холодную воду, чтобы избавиться от жжения и боли. Но это червю и надо! В воду он выпускает тысячи своих личинок, а сам остается в теле.

    Обычная ванделлия — рыбка-вампир

    7. И родители, и представители власти всегда напоминают о том, что писать в реке или озере, бассейне нельзя. Вот теперь точно никто не будет делать этого, прочитав про обычную ванделлию. Это очень маленькая рыбка, живущая в Амазонке, которая проникает в мочевой пузырь во время мочеиспускания. В организме она питается кровью и плотью, вызывая сильнейшие боли.

    Аскарида

    8. Аскарида, кольчатый червь, в организме человека может вырасти до 30 см в длину. Заразиться легко можно в сельских регионах. Ее проживание внутри не сопровождается никакими симптомами, пока количество червей не достигнет максимума. Если такое произошло, то тогда будут мучить головные боли, температура, тошнота, понос и т.д. В основном аскариды поражают чаще детей, чем взрослых, так как они реже моют руки.

    Чесоточный зудень

    Чесоточный зудень вызывает на коже зуд и красные пятна. Этот маленький паразит роет ходы в коже хозяина, где и размножается; питается кровью. Клещи могут поражать любые участки кожи, но чаще всего встречаются на тыльной поверхности кистей, в межпальцевых пространствах, подмышечных впадинах, промежности.

    Лентец

    10. Лентец — самый страшный паразит, если можно так сказать. В основном он селится в мозгу человека и живет в течение 20 лет. За этот период возникают симптомы, которые настолько распространены, что связать их с жизнедеятельностью паразита крайне сложно. Когда он вырастает, то стремится убить своего хозяина. Заразиться паразитом можно при употреблении зараженной воды и мяса.

    Понравилось? Хотите быть в курсе обновлений? Подписывайтесь на наш Twitter, страницу в Facebook или канал в Telegram.

    Ссылка на основную публикацию
    Статьи c упоминанием слов:
    Adblock
    detector