再生功能极为强大的涡虫涡虫再生能力 _再生

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导语人们常常会畅想自己刀枪不入、死而复生，或者是能再生四肢，这样就能做很多想做而又不敢做的事。
“再生”，听上去似乎是一种法术。其实在我们日常生活中就有许多拥有再生能力的动物，比如壁虎断尾后会自动长出新的尾巴。
壁虎
那我们人类能不能也再生四肢呢？答案是否定。因为体内基因和细胞类型的差异，我们和动物一样有愈合能力，但是却没有那么强大的再生能力。
再生过程其实比我们想象中要复杂得多，在了解这个之前我们先来看看自然界中有哪些动物拥有神奇的再生能力。
细胞分裂
再生生物?“再生”在生物学范畴中是生物体的自我修复过程。

生物体整体或者部分器官在外力作用下造成创伤、残缺后，在剩余生物体部分的基础上再次生产出与残缺部分一样功能和形态的身体结构，这个过程就是“再生” 。

在目前已知的模式生物中，涡虫是再生功能最强大的物种 。此外，还有很多生物具有再生能力。
涡虫
和涡虫属于同一生物类型的扁形动物中有85%以上物种可以再生。
【再生功能极为强大的涡虫涡虫再生能力】多孔生物门中的许多物种都可以在身体结构性粉碎的情况下实现破碎肢体的再生，比如海绵。科学研究表明，绝大多数海绵可以将身体碎片在短时间内修复成为完整的身体。
环节动物如蚯蚓、水蛭（蚂蝗）在身体断裂后可以实现再生。
软体动物如章鱼、乌贼（墨鱼）的肢体再受损后可以迅速修复，其中章鱼的触手在缺损后甚至可以多次生产，超出原来肢体的数量。
章鱼
节肢动物如我们常见的螃蟹、龙虾也具备再生肢体的能力，这也是为什么我们能龙虾钳子会出现大小不一致的现象。
海洋中的许多棘皮动物如海胆、海参、海星等可以在肢体断裂的地方再生出缺损的新肢体，甚至可以再生内脏。
两栖纲的蝾螈可以再生肢体，也具备再生脊髓、大脑的能力。
火蝾螈
爬行纲的蜥蜴、壁虎在尾巴断裂后可以再生尾巴，但是不具备再生四肢的能力。
对于我们人类而言，再生能力最强的器官是肝脏，再生肢体的能力在体表也有所体现，不过仅限于指尖、脚趾尖这样的局部。
人体骨骼图

涡虫实验?涡虫如今已经成为世界范围内公认的再生能力最强大的生物，因为自身太过强大的再生能力，成为了科学家实验室的常客。

涡虫在生物学分类中属于扁形动物门—涡虫纲，身体长度在3毫米到10厘米之间，虽然体型极小，但是具有完备的嗅觉器官和视觉系统。涡虫的身体由6个主要部分组成，分别是脑部、肠道系统、肌肉咽部、肌肉、原肾管和成体未分化细胞。

涡虫结构图
涡虫实验始于1898年，来自美国的生物学家摩尔根为了研究涡虫的再生能力在实验室中对涡虫进行了切分实验 。
摩尔根将一只体长约为2厘米的涡虫切分成了279段后在显微镜下观察涡虫残体的状态，令人感到震惊的是，这279份涡虫残体居然再生成为了279只新的涡虫。
也就是说，即使摩尔根将涡虫切分到头发丝大小时，它依然能凭借自身强大的再生能力重新成为新的生命个体。
此后摩尔根进行了大量的相关实验来研究涡虫的再生能力，试图从细胞层面解读涡虫强大的再生机制。
涡虫切片实验
受限于当时的技术手段，对于涡虫的研究在20世纪初进展得很缓慢，不少科学家只是停留在切分涡虫的基础阶段 。根据资料记载，一位德国科学家曾在1906年用100只涡虫做切分试验，最终完整再生出了超过20000只涡虫。
随着实验的深入，科学家越发认识到了涡虫再生能力的强大。
来自美国密歇根大学的生物学家詹姆斯·麦康奈尔教授是首个发现涡虫再生过程中会保留生物记忆的科学家，它在涡虫切分实验的基础上加入了记忆测试。
实验内容很简单，在对涡虫进行切块前，他会对涡虫进行记忆训练，使得涡虫在特定条件下产生条件反射，形成记忆。
美国生物学家詹姆斯·麦康奈尔
他通过反复操作使得涡虫在强光照射下会产生身体收缩的条件反射效果，在此之后，他对这只涡虫进行切分，并将切割后的涡虫分成了两个对照组。
两个对照组一边是带有头部的身体部分，一边是没有头部的部分，在进行观察后，他发现了惊人的事实——那部分没有大脑的涡虫残体在再生后依然能对灯光作出反应，也就是说，两组涡虫都继承了切割前的生物记忆。
此后，对于涡虫再生能力的研究进入了微观化和系统化，科学家开始在各种条件下测试涡虫的再生能力，但最后得出的结论是，即使是在真空环境下，涡虫也能实现再生。
涡虫头部可再生保留记忆
对于涡虫再生的研究在历时100多年后终于有了突破性的进展。2018年，一批来自美国加州理工大学的生物学家们在干细胞实验中发现了涡虫再生的关键信息，那就是涡虫体内的“成体未分化细胞” 。
再生功能的秘密?涡虫体内的“成体未分化细胞”是一种干细胞，在生物学界被称作“万能细胞”，这种具有超强更新分裂能力的细胞最大的特点就是能实现无限自我更新 。
它们可以产生特定的分化细胞形成生物体内的集体组织和器官，也能在生物体内的成体器官中能通过不断进行多项分化来修复组织。
当涡虫身体组织遭到破坏时，它体内的“成体未分化细胞”会在感知到缺失组织位置后迅速聚集并开始分裂，在伤口处形成一个“胚芽” 。
涡虫再生过程
这个“胚芽”里的干细胞会分化成特定的组织细胞，最终发育出完整的生物组织，完成再生。
涡虫能多次完成这样“耗能巨大”的再生活动正是因为它体内含有大量的干细胞，足以支撑它在经历上百次的切割后再生出新的完整生物组织。
这样的干细胞其实人体中也存在，科学研究表明，涡虫的基因与人类有超过85%的部分是同源的，这种干细胞在人体内被称作“全能干细胞” 。
人体全能干细胞
人体内的全能干细胞同样具有无限多向分化的功能，能在进行自主更新的过程中分化出形成人体器官和组织的指定细胞，那么我们人类的再生能力和涡虫相比为何会有如此大的差距呢？
原因就在于人体全能干细胞的特殊性，它虽然具有无限分化各类细胞的能力，但是发育潜能受到了限制，无法发育成个体。与涡虫体内的干细胞不同，涡虫体内的干细胞在占据了身体细胞很大比例的同时不会随着涡虫发育而丢失。
人类的全能干细胞只存在于受精卵到卵裂期这一阶段，也就是胚胎发育的初期，这也是为什么将人体全体干细胞称作“胚胎干细胞” 。
胚胎干细胞
值得注意的是，对于基因遗传靠精卵结合、胚胎发育的哺乳动物来说，全能干细胞会在成体过程中不断减少直到完全消失。也就是说，在我们胚胎发育成型之后，全能干细胞在人体中就不存在了。
而完成这样的再生过程还有一个关键性的步骤需要注意，那就是如何涡虫是如何感知到缺损组织的具体位置的。
人类离重生还差什么?同样的问题也发生在蝾螈身上，在尾巴、腿部等肢体断裂后，为何能迅速在原来的位置上再生出新的组织呢？
断尾再生
生物的再生大致可以分为生命体的总体再生和组织、器官的生命体部分再生，而壁虎、涡虫这些生物都可以算作是部分再生，就是通过干细胞的不断分化来修复或者重建组织和器官。
2020年6月27日，麻省理工学院生物学教授彼得·雷迪安在《Science》期刊上发表了一篇名为《肌细胞是如何帮助涡虫实现眼睛再生》的论文。在论文中，雷迪安教授表示他和怀特黑德医学生物研究所的同事们一起发现了涡虫体内一种新的细胞——肌路标细胞。
在涡虫眼睛遭到组织损伤后，这种名为“路标细胞”的肌细胞会帮助涡虫重建感光神经元系统，引导干细胞在指定部位开始分化，以达到修复眼睛的目的。
肌路标细胞帮助涡虫眼睛重生
2020年8月，同样来自怀特黑德医学生物研究所的科学家卢茜拉·西莫内在实验中再次捕捉到了这种“引导细胞”，它们在很明显地引领着几种不同的细胞在向丧失功能的组织靠近，最重要的是，这些细胞一般不会接近对方，而现在却出现在了同样的位置。
卢茜拉·西莫内在研究报告中这样说道：

“我被这些细胞吸引住了，这些不常在一起的细胞在肌细胞的引导下聚在一起，并分为两路向等待再生的组织靠近。这是很让人意外的，因为肌肉细胞在绝大多数动物中都不会发挥这样的作用。”

人体肌肉细胞
这些细胞在涡虫体内的数量并不多，根据本次实验的结果来看，正常体型的涡虫体内会有4-6个“肌引导细胞” 。
在开始修复受损组织前，这些细胞会分开，一部分在受损组织附近，另一部分负责引导干细胞。通过对肌引导细胞和干细胞运动路径的比对，卢茜拉·西莫内确定正是引导细胞帮助再生细胞完成了组织重建。
这一研究结果的发现为研究人类再生基因的生成和运作模式提供了新的思路，如今科学家在干细胞研究过程中会更加注重那些带有引导、调控作用的特殊基因。
干细胞
在真正找到人类再生大门的钥匙前，我们还不能像涡虫那样实现组织再生。因为我们缺失的不仅是全能干细胞，还有引导细胞，或许在未来，还会出现更多的细胞类型，这些都是需要我们进行深入研究的目标。
结语?凭借着特殊的基因开关和编码，以涡虫为代表的神奇动物可以利用干细胞轻易实现身体组织和器官的修复。目前人类能够利用干细胞实现的组织修复作用还是存在的，不过并不明显。
以我们人体为例，伤口止血后过段时间会出现伤痕，这其实就是骨髓中的造血干细胞在分化后帮助我们修复皮肤和肌肉。
造血干细胞
人体基因是不断变化的动态系统，全能干细胞作为再生能力的来源，还有太多值得研究的地方。
如今，代表干细胞研究最高水准的诺贝尔生理学或医学奖获奖成就也还停留在基因编码的范围内，而要想实现人体的器官再生和肢体再生，光是停留在干细胞研究的层面还远远不够。
随着科研进程的深入，我们有理由相信，离我们揭开生物再生谜团的日子已经不远了。而到了那个时候，人类文明或许会因为人类再生能力的存在而再上一个台阶。
基因编码

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