水母似乎没有太多的活动。它们是凝胶状的斑点,既没有大脑,也没有心脏,也没有血液,通常任由洋流带它们四处漂流。
但这并不意味着它们很简单。其实远非如此。它们的效率极高,使它们成为地球上最成功的动物群体之一。
成功的关键之一是它们的触须 —— 长长的触须可以缠住猎物,释放出麻痹的毒素,让水母可以平静地慢慢消化食物。如果这些触角出了什么问题,水母可以在很短的时间内简单地重新长出来。
东京大学生物学家藤田宗介(Sosuke Fujita)领导的一个研究小组,研究了一种指甲大小的微小水母 —— 太平洋枝状水母(Cladonema pacificum),最终揭示了这种神奇自愈行为背后的细胞机制。
从昆虫到像蝾螈这样的脊椎动物,再生的关键是一团被称为“胚基”的细胞。我们现在知道,水母的囊胚部分是从一种叫做“修复特异性增殖细胞”的组织中生长出来的;正在积极生长和分裂但尚未分化的干细胞。它们与干细胞非常相似,因为它们可以变成宿主需要的任何东西。
研究人员表示:“重要的是,芽细胞中的这些干细胞样增殖细胞与触手中的固有干细胞不同。修复特异性增殖细胞主要是作用于新形成的触手的上皮 —— 薄薄的外层。”
为了确定水母是如何做到这一点的,研究人员仔细地切除了触手,等待再生过程开始,然后对动物实施安乐死并解剖,使用不同的染色剂来标记不同的细胞。
实际上,水母的触手内和触手附近一直挂着干细胞。这些细胞还没有指定的功能,可以生长成身体需要的任何类型的细胞。它们用于水母一生中身体的持续维护和修复。
然而,修复特异性增殖细胞只在水母受伤时出现 —— 它们是修复和再生受伤身体部位的特异性细胞。这类似于在蝾螈中发现的修复特异性细胞,蝾螈发育为双侧对称,而水母则是奇怪的放射状发育。
生物学家藤田宗介解释说:“在这项研究中,我们的目的是利用枝状水母的触手,作为非双边动物的再生模型,来解决胚泡形成的机制。”
“鉴于修复特异性增殖细胞类似于双侧蝾螈肢体中的限制性干细胞,我们可以推测,修复特异性增殖细胞形成的胚泡,是动物进化过程中复杂器官和附属物再生独立获得的共同特征。”
蝾螈和水母彼此非常不同;水母和双边动物之间的最后一个共同祖先生活在数亿年前,不同的进化路径是显而易见的。这意味着在两者中找到一个共同的修复机制是非常有趣的;这可能暗示了某种趋同进化,即非常不同的生物独立地发展出相似的特征。
我们目前还没有工具来发现水母中修复特异性增殖细胞是如何出现的。研究人员说,这是至关重要的下一步,因为它可以帮助我们找到赋予人类身体部位再生能力的方法。
研究人员表示:“最终,了解包括水母在内的再生动物的胚芽形成机制,可能有助于我们识别提高我们自身再生能力的细胞和分子成分。”
这项研究发表在《公共科学图书馆·生物学》杂志上。
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