人們常常會暢想自己刀槍不入、死而複生，或者是能再生四肢，這樣就能做很多想做而又不敢做的事。

“再生”，聽上去似乎是一種法術。其實在我們日常生活中就有許多擁有再生能力的動物，比如壁虎斷尾後會自動長出新的尾巴。

壁虎

那我們人類能不能也再生四肢呢？答案是否定。因為體内基因和細胞類型的差異，我們和動物一樣有愈合能力，但是卻沒有那麼強大的再生能力。

再生過程其實比我們想象中要複雜得多，在了解這個之前我們先來看看自然界中有哪些動物擁有神奇的再生能力。

細胞分裂

“再生”在生物學範疇中是生物體的自我修複過程。

生物體整體或者部分器官在外力作用下造成創傷、殘缺後，在剩餘生物體部分的基礎上再次生産出與殘缺部分一樣功能和形态的身體結構，這個過程就是“再生”。

在目前已知的模式生物中，渦蟲是再生功能最強大的物種。此外，還有很多生物具有再生能力。

渦蟲

和渦蟲屬于同一生物類型的扁形動物中有85%以上物種可以再生。

多孔生物門中的許多物種都可以在身體結構性粉碎的情況下實現破碎肢體的再生，比如海綿。科學研究表明，絕大多數海綿可以将身體碎片在短時間内修複成為完整的身體。

環節動物如蚯蚓、水蛭（螞蝗）在身體斷裂後可以實現再生。

軟體動物如章魚、烏賊（墨魚）的肢體再受損後可以迅速修複，其中章魚的觸手在缺損後甚至可以多次生産，超出原來肢體的數量。

章魚

節肢動物如我們常見的螃蟹、龍蝦也具備再生肢體的能力，這也是為什麼我們能龍蝦鉗子會出現大小不一緻的現象。

海洋中的許多棘皮動物如海膽、海參、海星等可以在肢體斷裂的地方再生出缺損的新肢體，甚至可以再生内髒。

兩栖綱的蝾螈可以再生肢體，也具備再生脊髓、大腦的能力。

火蝾螈

爬行綱的蜥蜴、壁虎在尾巴斷裂後可以再生尾巴，但是不具備再生四肢的能力。

對于我們人類而言，再生能力最強的器官是肝髒，再生肢體的能力在體表也有所體現，不過僅限于指尖、腳趾尖這樣的局部。

人體骨骼圖

渦蟲實驗‍

渦蟲如今已經成為世界範圍内公認的再生能力最強大的生物，因為自身太過強大的再生能力，成為了科學家實驗室的常客。

渦蟲在生物學分類中屬于扁形動物門—渦蟲綱，身體長度在3毫米到10厘米之間，雖然體型極小，但是具有完備的嗅覺器官和視覺系統。渦蟲的身體由6個主要部分組成，分别是腦部、腸道系統、肌肉咽部、肌肉、原腎管和成體未分化細胞。

渦蟲結構圖

渦蟲實驗始于1898年，來自美國的生物學家摩爾根為了研究渦蟲的再生能力在實驗室中對渦蟲進行了切分實驗。

摩爾根将一隻體長約為2厘米的渦蟲切分成了279段後在顯微鏡下觀察渦蟲殘體的狀态，令人感到震驚的是，這279份渦蟲殘體居然再生成為了279隻新的渦蟲。

也就是說，即使摩爾根将渦蟲切分到頭發絲大小時，它依然能憑借自身強大的再生能力重新成為新的生命個體。

此後摩爾根進行了大量的相關實驗來研究渦蟲的再生能力，試圖從細胞層面解讀渦蟲強大的再生機制。

渦蟲切片實驗

受限于當時的技術手段，對于渦蟲的研究在20世紀初進展得很緩慢，不少科學家隻是停留在切分渦蟲的基礎階段。根據資料記載，一位德國科學家曾在1906年用100隻渦蟲做切分試驗，最終完整再生出了超過20000隻渦蟲。

随着實驗的深入，科學家越發認識到了渦蟲再生能力的強大。

來自美國密歇根大學的生物學家詹姆斯·麥康奈爾教授是首個發現渦蟲再生過程中會保留生物記憶的科學家，它在渦蟲切分實驗的基礎上加入了記憶測試。

實驗内容很簡單，在對渦蟲進行切塊前，他會對渦蟲進行記憶訓練，使得渦蟲在特定條件下産生條件反射，形成記憶。

美國生物學家詹姆斯·麥康奈爾

他通過反複操作使得渦蟲在強光照射下會産生身體收縮的條件反射效果，在此之後，他對這隻渦蟲進行切分，并将切割後的渦蟲分成了兩個對照組。

兩個對照組一邊是帶有頭部的身體部分，一邊是沒有頭部的部分，在進行觀察後，他發現了驚人的事實——那部分沒有大腦的渦蟲殘體在再生後依然能對燈光作出反應，也就是說，兩組渦蟲都繼承了切割前的生物記憶。

此後，對于渦蟲再生能力的研究進入了微觀化和系統化，科學家開始在各種條件下測試渦蟲的再生能力，但最後得出的結論是，即使是在真空環境下，渦蟲也能實現再生。

渦蟲頭部可再生保留記憶

對于渦蟲再生的研究在曆時100多年後終于有了突破性的進展。2018年，一批來自美國加州理工大學的生物學家們在幹細胞實驗中發現了渦蟲再生的關鍵信息，那就是渦蟲體内的“成體未分化細胞”。

再生功能的秘密‍

渦蟲體内的“成體未分化細胞”是一種幹細胞，在生物學界被稱作“萬能細胞”，這種具有超強更新分裂能力的細胞最大的特點就是能實現無限自我更新。

它們可以産生特定的分化細胞形成生物體内的集體組織和器官，也能在生物體内的成體器官中能通過不斷進行多項分化來修複組織。

當渦蟲身體組織遭到破壞時，它體内的“成體未分化細胞”會在感知到缺失組織位置後迅速聚集并開始分裂，在傷口處形成一個“胚芽”。

渦蟲再生過程

這個“胚芽”裡的幹細胞會分化成特定的組織細胞，最終發育出完整的生物組織，完成再生。

渦蟲能多次完成這樣“耗能巨大”的再生活動正是因為它體内含有大量的幹細胞，足以支撐它在經曆上百次的切割後再生出新的完整生物組織。

這樣的幹細胞其實人體中也存在，科學研究表明，渦蟲的基因與人類有超過85%的部分是同源的，這種幹細胞在人體内被稱作“全能幹細胞”。

人體全能幹細胞

人體内的全能幹細胞同樣具有無限多向分化的功能，能在進行自主更新的過程中分化出形成人體器官和組織的指定細胞，那麼我們人類的再生能力和渦蟲相比為何會有如此大的差距呢？

原因就在于人體全能幹細胞的特殊性，它雖然具有無限分化各類細胞的能力，但是發育潛能受到了限制，無法發育成個體。與渦蟲體内的幹細胞不同，渦蟲體内的幹細胞在占據了身體細胞很大比例的同時不會随着渦蟲發育而丢失。

人類的全能幹細胞隻存在于受精卵到卵裂期這一階段，也就是胚胎發育的初期，這也是為什麼将人體全體幹細胞稱作“胚胎幹細胞”。

胚胎幹細胞

值得注意的是，對于基因遺傳靠精卵結合、胚胎發育的哺乳動物來說，全能幹細胞會在成體過程中不斷減少直到完全消失。也就是說，在我們胚胎發育成型之後，全能幹細胞在人體中就不存在了。

而完成這樣的再生過程還有一個關鍵性的步驟需要注意，那就是如何渦蟲是如何感知到缺損組織的具體位置的。

人類離重生還差什麼‍

同樣的問題也發生在蝾螈身上，在尾巴、腿部等肢體斷裂後，為何能迅速在原來的位置上再生出新的組織呢？

斷尾再生

生物的再生大緻可以分為生命體的總體再生和組織、器官的生命體部分再生，而壁虎、渦蟲這些生物都可以算作是部分再生，就是通過幹細胞的不斷分化來修複或者重建組織和器官。

2020年6月27日，麻省理工學院生物學教授彼得·雷迪安在《Science》期刊上發表了一篇名為《肌細胞是如何幫助渦蟲實現眼睛再生》的論文。在論文中，雷迪安教授表示他和懷特黑德醫學生物研究所的同事們一起發現了渦蟲體内一種新的細胞——肌路标細胞。

在渦蟲眼睛遭到組織損傷後，這種名為“路标細胞”的肌細胞會幫助渦蟲重建感光神經元系統，引導幹細胞在指定部位開始分化，以達到修複眼睛的目的。

肌路标細胞幫助渦蟲眼睛重生

2020年8月，同樣來自懷特黑德醫學生物研究所的科學家盧茜拉·西莫内在實驗中再次捕捉到了這種“引導細胞”，它們在很明顯地引領着幾種不同的細胞在向喪失功能的組織靠近，最重要的是，這些細胞一般不會接近對方，而現在卻出現在了同樣的位置。

盧茜拉·西莫内在研究報告中這樣說道：

“我被這些細胞吸引住了，這些不常在一起的細胞在肌細胞的引導下聚在一起，并分為兩路向等待再生的組織靠近。這是很讓人意外的，因為肌肉細胞在絕大多數動物中都不會發揮這樣的作用。”

人體肌肉細胞

這些細胞在渦蟲體内的數量并不多，根據本次實驗的結果來看，正常體型的渦蟲體内會有4-6個“肌引導細胞”。

在開始修複受損組織前，這些細胞會分開，一部分在受損組織附近，另一部分負責引導幹細胞。通過對肌引導細胞和幹細胞運動路徑的比對，盧茜拉·西莫内确定正是引導細胞幫助再生細胞完成了組織重建。

這一研究結果的發現為研究人類再生基因的生成和運作模式提供了新的思路，如今科學家在幹細胞研究過程中會更加注重那些帶有引導、調控作用的特殊基因。

幹細胞

在真正找到人類再生大門的鑰匙前，我們還不能像渦蟲那樣實現組織再生。因為我們缺失的不僅是全能幹細胞，還有引導細胞，或許在未來，還會出現更多的細胞類型，這些都是需要我們進行深入研究的目标。

結語‍

憑借着特殊的基因開關和編碼，以渦蟲為代表的神奇動物可以利用幹細胞輕易實現身體組織和器官的修複。目前人類能夠利用幹細胞實現的組織修複作用還是存在的，不過并不明顯。

以我們人體為例，傷口止血後過段時間會出現傷痕，這其實就是骨髓中的造血幹細胞在分化後幫助我們修複皮膚和肌肉。

造血幹細胞

人體基因是不斷變化的動态系統，全能幹細胞作為再生能力的來源，還有太多值得研究的地方。

如今，代表幹細胞研究最高水準的諾貝爾生理學或醫學獎獲獎成就也還停留在基因編碼的範圍内，而要想實現人體的器官再生和肢體再生，光是停留在幹細胞研究的層面還遠遠不夠。

随着科研進程的深入，我們有理由相信，離我們揭開生物再生謎團的日子已經不遠了。而到了那個時候，人類文明或許會因為人類再生能力的存在而再上一個台階。

基因編碼

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