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再生技術講解

生活 更新时间:2024-07-23 14:26:31
綜述

古希臘神話裡的普羅米修斯,因為盜取聖火遭到天神宙斯懲罰,他被關在高加索山脈,白天被一隻鷹啄食肝髒,忍受痛苦。神奇的是,普羅米修斯白天被啄碎的肝髒在夜晚會自動恢複,每天都在循環這個過程。這畢竟是神話傳說,如果用現代醫學來看,普羅米修斯第一天就會死去。

因為人類的肝髒沒有那麼強大的再生能力,受傷害後便是不可逆的。這類關于再生的神話傳說不僅出現在古希臘,幾乎悠久的文明裡都有。

這是因為古代醫療條件差,受傷可能會讓人感染死亡,人們希望自己有再生的能力,從而健康長壽。那個時候的人類并不知道自然界中存在超強再生能力的動物。

再生技術講解(切成276段也能再生)1

普羅米修斯繪圖

能夠再生的動物們

提到再生,大部分人會想到壁虎斷尾。壁虎屬于蜥蜴家族下的壁虎亞目,身懷兩項獨門絕技行走于自然界。其一就是它布滿“吸盤”的爪子,能夠讓其在各種材質的界面爬行,不管是什麼角度都能穩穩吸附在上面;

其二就是它在遇到危險時會自動“切斷”自己的尾巴,尾巴離開身體後還會動,捕食者被斷尾吸引,壁虎趁機逃跑。

壁虎斷尾的場面看起來十分血腥,卻對壁虎本身沒有什麼傷害,它會在接下來的一兩周内長出新尾巴。

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壁虎斷尾尾巴可以再生

另一種具有再生能力的脊椎動物是蝾螈類,其中以美西螈的能力最強。美西螈學名墨西哥鈍口螈,是一種兩栖動物,生活在河流小溪裡,因其可愛的外表成為名震一時的網紅動物。

美西螈的再生能力強悍到人類震驚,将它的一條腿完全剪去,它會在斷口處直接再長一條腿出來,并且不留疤痕,就像什麼事情都沒發生過。

美西螈所在的兩栖綱是生物由海洋到陸地演化的過渡形态,因此它這個能力也為古生物學家研究早期脊椎動物登陸提供了參考。

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美西螈

但是,壁虎和美西螈并不是任何情況下都可以再生,壁虎的再生局限在尾部,美西螈的則是四肢。它們必須建立在主要器官完整的前提下。

一旦傷及脊椎或者内髒,不僅不能再生,可能還會丢掉性命。這一點上,無脊椎動物更勝一籌,它們的器官也可以再生。

蚯蚓是環節動物,我們經常能夠看見野外的蚯蚓身上有一個很突出的節,這是它的生殖環帶。不管身體怎樣斷,隻要生殖環在斷掉的身體上,那麼不管有沒有頭它都能再生。

蚯蚓再生的速度與它的切斷方式有關,如果留有頭部而切去尾部,再生速度比切掉頭部保留尾部要快。而将頭、尾全部切掉,其再生速度居然會比無頭有尾快,尾巴的再生速度高于頭部。

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蚯蚓也有再生能力

總的來說,自然界中生物的再生能力與它們進化的等級成反比,越是高級的動物它的再生能力越弱,越是低級的動物,再生能力越強。

自然界中最低級的動物海綿,隻要有一個細胞它就能再生。生物學家曾經将海綿用攪拌機打碎,它依舊完成了再生。

但是海綿太低級了,它是自然界最簡單的多細胞生物,沒頭沒腦沒心沒肺,甚至連肉體都沒有。海綿的再生沒有辦法給人類研究提供資料。

蚯蚓具有生殖環帶這個标志,與人類相差太大。壁虎和美西螈的再生局限性很大,人類可以研究但是無法提供整體的再生體系。就沒有一種生物能夠提供一套完整的再生模闆嗎?

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海綿是一種動物

神奇的渦蟲

無所不有的自然界裡當然有這樣的神奇生物,它叫渦蟲。渦蟲并不是非常低級的動物,它具有完整的神經與器官,在生物學上占據重要地位。

其所在的扁形動物門代表着海洋生物的第一次由靜止向運動進化。渦蟲有眼點,這是生物早期眼睛的雛形,并且渦蟲有嗅覺感官,這為後來生物發展出新一類的呼吸系統打下了基礎。

最最關鍵的是,渦蟲雌雄同體,采取有性生殖和無性繁殖共同完成基因傳遞。有性生殖保證了渦蟲的生物多樣性,無性生殖則保證了渦蟲的數量。

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自然界的渦蟲

在惡劣環境中作為一種庫存手段保留基因,這些特征可以研究早期海洋生物的演化曆程。除了寶貴的演化研究價值外,渦蟲還具備獨一無二的醫學價值。

人類将自己以後對再生的期盼,全被都放在了它身上。世界上目前存在有400多種渦蟲,就人類已經研究過的渦蟲種類來說,它們幾乎都會再生。

渦蟲具有器官和神經,已經是多細胞生物裡面進化得比較高的形态,它卻展現了媲美海綿的再生能力。生物學家們最初是把渦蟲攔腰截斷成兩份,觀察這兩截的再生情況。

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人類發現的一種渦蟲

結果發生前半截長出了後半截,而後半截不僅長出了前半截的頭,連同眼睛和腦神經一起再生了出來。經過比對,這兩部分各自形成了完全體。

兩個基因一模一樣,仿佛是之前那隻渦蟲自我有絲分裂。這個實驗讓生物學家開始了對渦蟲的各種切割,橫着切、豎着切、專門切某些器官等等。

不管怎麼切,渦蟲都能在最後以全貌還原。這其中有位生物學家将渦蟲切為了276小段,這276段身體碎片分别再生成為了276隻渦蟲。

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再生的渦蟲

重生之渦蟲的記憶

渦蟲怎麼切割都不死,反而會因超強的再生能力産生更多的渦蟲,簡直是“重生界巨頭”,引人羨慕。更有趣的是,渦蟲并不是簡單地再生自己的細胞,它會連同自己之前的記憶一起重生。

上個世紀50年代,密歇根大學的生物學家培養了一隻渦蟲。這位生物學家在它進食時用光線照射它,這樣訓練出一套反射系統,讓渦蟲每次記得看見光就逃跑躲避。在實驗渦蟲養成這個習慣後,生物學家将它的頭和尾分離。

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渦蟲照片

本來設想的是,保留了腦細胞的那一段會保有這份記憶,尾部沒有腦神經,它再生出來的渦蟲是不會有躲避光的。可是經過再生後,對兩隻渦蟲進行光照實驗,發現了讓人震驚的現象:

有頭的那一段繼承了初代渦蟲的記憶,而根本就沒有任何腦神經的帶尾巴的一段,在新生的大腦神經裡也有初代的記憶。

生物學家一開始認為是巧合,于是再次做了數次相同的試驗,結果證明,無論渦蟲被怎麼切割,得到的再生體都具有原本的記憶,跟再生原料裡有沒有腦細胞無關。

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再生的渦蟲攜帶有原體的記憶

重生之渦蟲的變異

随着太空技術的發展,一些實驗也可以在失重的條件裡進行,于是生物學家對渦蟲在微重力情況下的再生進行了實驗。

結果發現,在太空中渦蟲被切下頭部後再生發生了變異,長出了兩個頭,以這個兩頭渦蟲為原版切割,得到的重生體全部都是兩個頭。

關于渦蟲為何在太空中會出現變異,生物學家猜測最多的是太空中的輻射,讓渦蟲發生了突變。然而基因突變是不定向的,也就是說不同的渦蟲是在輻射下變異出不同的性狀。

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雙頭渦蟲模拟圖

但是實驗的渦蟲無一例外出現了雙頭化,似乎長兩個頭成為了渦蟲進入太空的标配。為了研究是什麼情況讓渦蟲進入太空後變異,宇航員攜帶了10條渦蟲返回地球。

并将其與地球上的同源的渦蟲對比,研究發現,太空渦蟲回到地球後出現了萎縮、僵硬的症狀,經過數小時才恢複正常。

對此生物學家猜測這是渦蟲應對太空環境做出的身體改變,雖然目前仍然不知道兩個頭能夠如何調節渦蟲适應太空環境,但是這為人類提供了寶貴的資料,對之後的航天事業也所幫助。

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出于人類觀測中的渦蟲

再生的秘訣

細胞的再生現象在生物中普遍存在,并非上述那些動物特有,包括進化得最高的人,我們身體也随時随地在發生細胞再生。

再生的本質是細胞以修複為目的的增殖,不是為了吞噬掉壞死物資或者清除緻病因子。新細胞必須與缺損的細胞保持完全一樣,才能被稱之為再生。再生分為生理性和病理性。

在生理情況下,有些細胞和組織出現自然的老化與凋亡,新生的同種細胞和組織不斷補充,始終保持着原有的結構和功能,維持組織、器官的完整和穩定,稱為生理性再生

比如我們人類的口腔上皮細胞和消化道上的粘膜細胞,大約每隔一兩天就要更換一次,依靠再生維持正常的更替。還有女性的生理期,是生殖器官内膜周期性的再生。

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口腔上皮細胞顯微鏡成像圖

如果人因為疾病或者外因導緻細胞出現非自然損傷,這個時候我們的身體為了維持正常運轉,就會讓損傷周圍的同種細胞增生、分化,直到恢複如初。

這種行為被稱為病理性再生,但必須注意的是,要完全恢複到原有細胞的狀态才能被認證為病理性再生,否則隻能叫做修複。

比如輕微的開水燙傷,隻是表皮出現水泡,那麼經過基底細胞的再生能夠完全恢複皮膚原本的功能;如果是重度燙傷,皮膚無法恢複損傷前的狀态,出現了肉芽組織修複,不能稱之為再生。

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細胞增生示意圖

人類再生的可能性

人類對于再生的渴望,一是源于對衰老的恐懼,二是來自對渴望取得突破。人類作為高級動物,壽命有限、自然死亡是每個人都逃不掉的結局,而我們探索的範圍越大,就越想要打破這種所謂的鐵律。

根據再生能力我們的細胞被分為了三類:不穩定性細胞、穩定性細胞和永久性細胞。

不穩定性細胞就是我們身體裡再生能力最強的細胞,它們會周期性的凋亡與再生更替,屬于人類新陳代謝的一種,如口腔上皮細胞、呼吸道粘膜細胞,還有女性的子宮内膜細胞等。

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口腔上皮細胞是一種不穩定性細胞

穩定性細胞是指具備一定再生能力的細胞,自然狀态下處于穩定安靜的狀态,一旦發生細胞損傷,它才會被激發出再生的潛力,比如人體各種腺體及腺體器官。

永久性細胞則完全沒有再生能力,也沒有細胞周期,不再進行有絲分裂,一旦凋亡就再也不存在替補。

當它們的數量耗盡時,人類的壽命也基本上到達了盡頭。比如腦細胞、神經細胞、心肌細胞等。如果這些細胞出現損傷,對人體是不可逆轉的傷害。

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細胞有絲分裂

結語

如果人類可以攻破自身細胞再生的難關,那麼一些疾病如阿爾茲海默症,就能得到一定程度的治療,人類再也不用忍受忘記自己最愛之人的感受。

再進一步,我們能夠讓自己全身的細胞處于一個不停再生的階段,是否能讓人達到所謂的永生呢?人類對永生的向往無可厚非,即使這樣會違背自然規律,需要付出巨大的代價也在所不辭。

可人類又是迷茫的,永生會給人類帶來什麼後果我們不得而知,有限的生命似乎禁锢了我們的思想。在沒有發生之前,一切都是未知數。

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人類永生設想圖

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