本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
像海星一样,章鱼可以再生失去的手臂。但与海星不同的是,切断的章鱼手臂不会再生出另一只章鱼。但是,它们手臂再生能力背后的生物学秘密确实蕴藏着更多了解我们如何更好地再生我们自身患病或受损组织的可能性。如果不能再生整个肢体,至少也许可以再生新鲜的神经或器官片段。
很少有章鱼的手臂少于八条——至少是部分手臂。因为一旦手臂丢失或损坏,再生过程就会启动,使肢体重新完整——从内部神经束到外部灵活的吸盘。即使是失去尾巴的蜥蜴,通常也会再生出质量不如原始尾巴的尾巴。但章鱼并非如此;一旦手臂再生,基本上就和新的手臂一样好。现在我们终于开始了解这种令人印象深刻的过程背后的机制。
一项新的研究 examining the seemingly crucial role of a protein acetylcholinesterase (or AChE). We have AChE in our own bodies. It is known primarily for its presence in brain synapses and other nervous system intersections. But it also plays a role in cell proliferation and differentiation—as well as in cell death. And it seems to be unusually active in octopuses that are in the process of regrowing parts of a limb. And when it is active in the process seems to be the key. The findings are in the September special "Cephalopod Research" issue of the Journal of Experimental Marine Biology and Ecology.
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研究人员研究了六只健康的(八条手臂)雌性普通章鱼(Octopus vulgaris),它们是在意大利海岸附近捕获的。章鱼在麻醉状态下被切除了每条手臂的一小部分尖端(仅一到两厘米)。一旦动物醒来,它们似乎都像以前一样继续生活。
只有它们体内的生物化学已经开始发生变化。在三天之内,一些化学信号级联反应提示形成了“结”,结上覆盖着未分化的细胞,这是切口所在的位置。进一步的分子信号导致了在第二周手臂末端可见的“钩状结构”。大约在那时,大量的干细胞和大量的血管已经到达该部位。然而,到第 28 天,这些特征消失了。在接下来的大约一百天里,手臂尖端长回,与原来的一样。是什么在协调所有这些特定步骤呢?
在未进行再生的组织样本中,AChE 主要仅在神经索中活跃。在受损的手臂中,AChE 的活性保持在较低水平——直到手术后大约第三周。然后,在新吸盘和色素细胞(章鱼皮肤中改变颜色的结构)首次出现期间——以及肌肉和神经系统组件——该化合物似乎大量涌入发挥作用。到第 42 天,AChE 的活性开始逐渐减弱,到第 130 天,当新的手臂尖端完全再生时,它的水平几乎恢复正常。
这些发现并没有解开如此精细的组织再生的奥秘。但它们可能有助于使章鱼成为研究人员研究再生的新科学模型。它们也指向了更多的分子医学工作。“AChE 蛋白可能对手臂再生过程产生重要影响,”研究人员在他们的论文中指出。“它可以被认为是促进或调节再生过程的潜在靶点。” 这样的立足点可以帮助我们在再生医学领域取得新的飞跃。“通过针对单个特定再生状态下的 AChE 活性,将有可能研究再生过程的进行和调节修复途径的各个阶段,”他们指出。有人需要新的手臂吗?吸盘可选。
插图由伊万·菲利普森提供