综述
古希腊神话里的普罗米修斯,因为盗取圣火遭到天神宙斯惩罚,他被关在高加索山脉,白天被一只鹰啄食肝脏,忍受痛苦。神奇的是,普罗米修斯白天被啄碎的肝脏在夜晚会自动恢复,每天都在循环这个过程。这毕竟是神话传说,如果用现代医学来看,普罗米修斯第一天就会死去。
因为人类的肝脏没有那么强大的再生能力,受伤害后便是不可逆的。这类关于再生的神话传说不仅出现在古希腊,几乎悠久的文明里都有。
这是因为古代医疗条件差,受伤可能会让人感染死亡,人们希望自己有再生的能力,从而健康长寿。那个时候的人类并不知道自然界中存在超强再生能力的动物。
普罗米修斯绘图
能够再生的动物们
提到再生,大部分人会想到壁虎断尾。壁虎属于蜥蜴家族下的壁虎亚目,身怀两项独门绝技行走于自然界。其一就是它布满“吸盘”的爪子,能够让其在各种材质的界面爬行,不管是什么角度都能稳稳吸附在上面;
其二就是它在遇到危险时会自动“切断”自己的尾巴,尾巴离开身体后还会动,捕食者被断尾吸引,壁虎趁机逃跑。
壁虎断尾的场面看起来十分血腥,却对壁虎本身没有什么伤害,它会在接下来的一两周内长出新尾巴。
壁虎断尾尾巴可以再生
另一种具有再生能力的脊椎动物是蝾螈类,其中以美西螈的能力最强。美西螈学名墨西哥钝口螈,是一种两栖动物,生活在河流小溪里,因其可爱的外表成为名震一时的网红动物。
美西螈的再生能力强悍到人类震惊,将它的一条腿完全剪去,它会在断口处直接再长一条腿出来,并且不留疤痕,就像什么事情都没发生过。
美西螈所在的两栖纲是生物由海洋到陆地演化的过渡形态,因此它这个能力也为古生物学家研究早期脊椎动物登陆提供了参考。
美西螈
但是,壁虎和美西螈并不是任何情况下都可以再生,壁虎的再生局限在尾部,美西螈的则是四肢。它们必须建立在主要器官完整的前提下。
一旦伤及脊椎或者内脏,不仅不能再生,可能还会丢掉性命。这一点上,无脊椎动物更胜一筹,它们的器官也可以再生。
蚯蚓是环节动物,我们经常能够看见野外的蚯蚓身上有一个很突出的节,这是它的生殖环带。不管身体怎样断,只要生殖环在断掉的身体上,那么不管有没有头它都能再生。
蚯蚓再生的速度与它的切断方式有关,如果留有头部而切去尾部,再生速度比切掉头部保留尾部要快。而将头、尾全部切掉,其再生速度居然会比无头有尾快,尾巴的再生速度高于头部。
蚯蚓也有再生能力
总的来说,自然界中生物的再生能力与它们进化的等级成反比,越是高级的动物它的再生能力越弱,越是低级的动物,再生能力越强。
自然界中最低级的动物海绵,只要有一个细胞它就能再生。生物学家曾经将海绵用搅拌机打碎,它依旧完成了再生。
但是海绵太低级了,它是自然界最简单的多细胞生物,没头没脑没心没肺,甚至连肉体都没有。海绵的再生没有办法给人类研究提供资料。
蚯蚓具有生殖环带这个标志,与人类相差太大。壁虎和美西螈的再生局限性很大,人类可以研究但是无法提供整体的再生体系。就没有一种生物能够提供一套完整的再生模板吗?
海绵是一种动物
神奇的涡虫
无所不有的自然界里当然有这样的神奇生物,它叫涡虫。涡虫并不是非常低级的动物,它具有完整的神经与器官,在生物学上占据重要地位。
其所在的扁形动物门代表着海洋生物的第一次由静止向运动进化。涡虫有眼点,这是生物早期眼睛的雏形,并且涡虫有嗅觉感官,这为后来生物发展出新一类的呼吸系统打下了基础。
最最关键的是,涡虫雌雄同体,采取有性生殖和无性繁殖共同完成基因传递。有性生殖保证了涡虫的生物多样性,无性生殖则保证了涡虫的数量。
自然界的涡虫
在恶劣环境中作为一种库存手段保留基因,这些特征可以研究早期海洋生物的演化历程。除了宝贵的演化研究价值外,涡虫还具备独一无二的医学价值。
人类将自己以后对再生的期盼,全被都放在了它身上。世界上目前存在有多种涡虫,就人类已经研究过的涡虫种类来说,它们几乎都会再生。
涡虫具有器官和神经,已经是多细胞生物里面进化得比较高的形态,它却展现了媲美海绵的再生能力。生物学家们最初是把涡虫拦腰截断成两份,观察这两截的再生情况。
人类发现的一种涡虫
结果发生前半截长出了后半截,而后半截不仅长出了前半截的头,连同眼睛和脑神经一起再生了出来。经过比对,这两部分各自形成了完全体。
两个基因一模一样,仿佛是之前那只涡虫自我有丝分裂。这个实验让生物学家开始了对涡虫的各种切割,横着切、竖着切、专门切某些器官等等。
不管怎么切,涡虫都能在最后以全貌还原。这其中有位生物学家将涡虫切为了小段,这段身体碎片分别再生成为了只涡虫。
再生的涡虫
重生之涡虫的记忆
涡虫怎么切割都不死,反而会因超强的再生能力产生更多的涡虫,简直是“重生界巨头”,引人羡慕。更有趣的是,涡虫并不是简单地再生自己的细胞,它会连同自己之前的记忆一起重生。
上个世纪50年代,密歇根大学的生物学家培养了一只涡虫。这位生物学家在它进食时用光线照射它,这样训练出一套反射系统,让涡虫每次记得看见光就逃跑躲避。在实验涡虫养成这个习惯后,生物学家将它的头和尾分离。
涡虫照片
本来设想的是,保留了脑细胞的那一段会保有这份记忆,尾部没有脑神经,它再生出来的涡虫是不会有躲避光的。可是经过再生后,对两只涡虫进行光照实验,发现了让人震惊的现象:
有头的那一段继承了初代涡虫的记忆,而根本就没有任何脑神经的带尾巴的一段,在新生的大脑神经里也有初代的记忆。
生物学家一开始认为是巧合,于是再次做了数次相同的试验,结果证明,无论涡虫被怎么切割,得到的再生体都具有原本的记忆,跟再生原料里有没有脑细胞无关。
再生的涡虫携带有原体的记忆
重生之涡虫的变异
随着太空技术的发展,一些实验也可以在失重的条件里进行,于是生物学家对涡虫在微重力情况下的再生进行了实验。
结果发现,在太空中涡虫被切下头部后再生发生了变异,长出了两个头,以这个两头涡虫为原版切割,得到的重生体全部都是两个头。
关于涡虫为何在太空中会出现变异,生物学家猜测最多的是太空中的辐射,让涡虫发生了突变。然而基因突变是不定向的,也就是说不同的涡虫是在辐射下变异出不同的性状。
双头涡虫模拟图
但是实验的涡虫无一例外出现了双头化,似乎长两个头成为了涡虫进入太空的标配。为了研究是什么情况让涡虫进入太空后变异,宇航员携带了10条涡虫返回地球。
并将其与地球上的同源的涡虫对比,研究发现,太空涡虫回到地球后出现了萎缩、僵硬的症状,经过数小时才恢复正常。
对此生物学家猜测这是涡虫应对太空环境做出的身体改变,虽然目前仍然不知道两个头能够如何调节涡虫适应太空环境,但是这为人类提供了宝贵的资料,对之后的航天事业也所帮助。
出于人类观测中的涡虫
再生的秘诀
细胞的再生现象在生物中普遍存在,并非上述那些动物特有,包括进化得最高的人,我们身体也随时随地在发生细胞再生。
再生的本质是细胞以修复为目的的增殖,不是为了吞噬掉坏死物资或者清除致病因子。新细胞必须与缺损的细胞保持完全一样,才能被称之为再生。再生分为生理性和病理性。
在生理情况下,有些细胞和组织出现自然的老化与凋亡,新生的同种细胞和组织不断补充,始终保持着原有的结构和功能,维持组织、器官的完整和稳定,称为生理性再生。
比如我们人类的口腔上皮细胞和消化道上的粘膜细胞,大约每隔一两天就要更换一次,依靠再生维持正常的更替。还有女性的生理期,是生殖器官内膜周期性的再生。
口腔上皮细胞显微镜成像图
如果人因为疾病或者外因导致细胞出现非自然损伤,这个时候我们的身体为了维持正常运转,就会让损伤周围的同种细胞增生、分化,直到恢复如初。
这种行为被称为病理性再生,但必须注意的是,要完全恢复到原有细胞的状态才能被认证为病理性再生,否则只能叫做修复。
比如轻微的开水烫伤,只是表皮出现水泡,那么经过基底细胞的再生能够完全恢复皮肤原本的功能;如果是重度烫伤,皮肤无法恢复损伤前的状态,出现了肉芽组织修复,不能称之为再生。
细胞增生示意图
人类再生的可能性
人类对于再生的渴望,一是源于对衰老的恐惧,二是来自对渴望取得突破。人类作为高级动物,寿命有限、自然死亡是每个人都逃不掉的结局,而我们探索的范围越大,就越想要打破这种所谓的铁律。
根据再生能力我们的细胞被分为了三类:不稳定性细胞、稳定性细胞和永久性细胞。
不稳定性细胞就是我们身体里再生能力最强的细胞,它们会周期性的凋亡与再生更替,属于人类新陈代谢的一种,如口腔上皮细胞、呼吸道粘膜细胞,还有女性的子宫内膜细胞等。
口腔上皮细胞是一种不稳定性细胞
稳定性细胞是指具备一定再生能力的细胞,自然状态下处于稳定安静的状态,一旦发生细胞损伤,它才会被激发出再生的潜力,比如人体各种腺体及腺体器官。
永久性细胞则完全没有再生能力,也没有细胞周期,不再进行有丝分裂,一旦凋亡就再也不存在替补。
当它们的数量耗尽时,人类的寿命也基本上到达了尽头。比如脑细胞、神经细胞、心肌细胞等。如果这些细胞出现损伤,对人体是不可逆转的伤害。
细胞有丝分裂
结语
如果人类可以攻破自身细胞再生的难关,那么一些疾病如阿尔兹海默症,就能得到一定程度的治疗,人类再也不用忍受忘记自己最爱之人的感受。
再进一步,我们能够让自己全身的细胞处于一个不停再生的阶段,是否能让人达到所谓的永生呢?人类对永生的向往无可厚非,即使这样会违背自然规律,需要付出巨大的代价也在所不辞。
可人类又是迷茫的,永生会给人类带来什么后果我们不得而知,有限的生命似乎禁锢了我们的思想。在没有发生之前,一切都是未知数。
人类永生设想图