• 什麼是「渦蟲」?
  • 「渦蟲」具有什麼特點?
  • 如何從生物學角度理解「渦蟲」擁有的再生能力?

本問題將作為「知識庫」欄目的一部分,你的創作將有機會被收錄在相關話題的百科簡介中,為知友們解答各種十萬個是什麼。


今天給大家介紹一種再生能力超強的小動物——渦蟲。

把渦蟲剁碎,每一節都能長成一隻完整的渦蟲,再生出各種器官。

再生(Regeneration)是一個古老的科學命題,也是生物學的重要奧秘之一。再生的過程中,生物體能夠對損傷失去的器官、組織等進行自我修復和替代。

蠑螈小爪子的再生過程。蠑螈的再生能力很強,部分切除它的四肢、下巴、心臟、水晶體後,這些器官都能夠完整的再生回來。將蠑螈肢體截斷後,約一星期就可以看到截肢末端長出的一團芽基組織(blastema),這個芽基類似演變發育時的肢芽,從而重新發育成新的肢體細胞。

很多動植物都有較強的再生能力,那些基因組比較簡單,完成全基因組測序並且可以進行遺傳轉化的動植物,就成了我們優先研究的模式動植物,如水蛭、渦蟲、斑馬魚、蠑螈、蚯蚓、小鼠、擬南芥、小立碗蘚、水稻等…

動植物的再生指的是對損傷丟失的器官進行修復、替代

淡水渦蟲(planarian)是扁形動物門渦蟲綱的低等小蟲子,形態簡單,但具有複雜的解剖結構,包括大腦、眼睛、肌肉組織、腸、腎上腺和表皮。渦蟲的再生能力非常強,即使被切割至 1/279 ,仍能長出完整的個體。

渦蟲的再生能力非常強大,可以在幾天到數周內從小碎片長出頭、尾、側面甚至整個個體。即使切下的小碎片不能進食,也能利用現有資源進行再生。再生以後的渦蟲去取食生長,慢慢從小個子長成正常蟲。

由於渦蟲形態簡單,細胞行為容易追蹤,還可以進行遺傳操作,渦蟲成了動物再生研究中一個很好的模式生物。科學家們對渦蟲進行了兩個多世紀的研究,對再生的理解也逐漸深入,確定了再生過程中一些關鍵細胞和分子原理。

幹細胞既能維持自己的乾性,又有分化的潛力。分化是指,幹細胞逐漸喪失全能性和多能性,形成有具體功能的細胞;轉分化是指,一種類型的細胞轉變命運成為完全不同類型的其他細胞,轉變過程不遵循分化路線。脫分化是指,已分化或部分分化的細胞返回到原先幹細胞的狀態,是分化的逆過程。

再生的本質,是受傷後細胞命運的轉變。受傷刺激細胞內部基因表達發生變化,進而影響細胞命運轉變。人們很早就對再生有一些初步認識,但是對再生背後具體的機制了解甚少。傳統的再生觀點認為,受傷後新器官的長出是由於傷口刺激細胞脫分化,形成全能或多能幹細胞樣細胞,這些細胞進行增殖、再分化,形成芽基,直至器官,替代損傷失去的器官。

對蠑螈的研究,提出了蠑螈新肢的再生是脫分化和分化並存的過程。截肢末端的肌肉原始細胞、血管原始細胞、骨骼原始細胞形成新肢的肌肉、血管和骨骼。

關於渦蟲的研究對器官再生提出了新的觀點。研究發現,渦蟲再生過程中長出的新器官並不是由傷口處細胞經過脫分化、再分化發育而來,而是由蟲體內本來就大量存在的幹細胞直接分化長出的。

Neoblast 細胞參與的渦蟲再生示意圖

渦蟲體內存在著大量被稱為 Neoblast 的幹細胞,它們在渦蟲身體廣泛分布,存在於成年組織中,類似於胚胎細胞,有大的細胞核,幾乎沒有細胞質。這種 Neoblast 幹細胞並不會因為渦蟲長大成年而退化或分化消失,它們有很強的再生和分化潛能。受傷後再生出的新器官,就是這些已有的 Neoblast 幹細胞分化長成的,並非傳統觀點裡邊的脫分化途徑

圖 A 中紅色的就是 Neoblast 細胞,在蟲體廣泛分布。輻射移植實驗 B 中,單個 Neoblast 細胞的移植可以產生許多子細胞,它們具有很強的分化潛能,能分化形成各種類型的細胞。

受傷後 Neoblast 幹細胞可以分化生長為新器官,但是它們怎麼知道自己要如何分化,去替代損傷中失去的誰呢?原來 Neoblast 幹細胞是一群性質較為均一的幼稚細胞群體,在它們的子細胞還沒有分裂分化時,細胞的命運已經註定。子細胞在母細胞中的位置及鄰近細胞都會影響細胞後代的分化。渦蟲眼和腎上腺的再生研究發現,發育成眼或腎上腺的細胞中,一些特有的轉錄因子被特異激活,主要是參與眼或腎上腺再生及腎上腺素形成相關的轉錄因子,標誌著它們的命運已經被分化決定了。

圖 C 上,發育成眼的 Neoblast 祖細胞從傷口遷移到頭部,最終分化形成眼睛;下,Neoblast 祖細胞的後代命運發生特化,形成專能性幹細胞。圖 D,Neoblast 細胞特化過程,子細胞中特有的轉錄因子激活表明了它們在組織更新和再生中的命運已經被決定。

一些基因的組成型或區域性表達,控制著渦蟲的再生和極性維持。如 notumwnt1wnt11-2wntP-2wnt11-1wnt5wntAwntlessteashirtDjisletprepfoxDzic-1zic-2bmpadmpnlg-8tolloidndl-3nog-1glypican-1netrin-2ptk7ndkslit 等,這些基因的缺失會產生各自相應的再生障礙。

圖 A,Wnt 信號通路控制該長頭的地方長出頭,該長尾巴的地方長出尾巴。圖 B,一些關鍵的再生細胞命運決定基因表達模式。圖 C-D,不同軸向上位置決定基因的表達模式。

喪心病狂的人們不會輕易放過可愛的渦蟲,他們橫著切,豎著切,斜著切,溜邊切,挖出一小塊切,切碎,切成末,切出兩個頭,切成三隻眼…… 科學家們迫害渦蟲去研究背後的再生機制,研究它的幹細胞,研究幹細胞的遷移路徑,研究幹細胞的分化和命運決定,研究切口位置信息對幹細胞命運的影響,希望能夠將它的再生搞清楚,有朝一日可以造福人類。

科學家們不僅在動物再生的研究中取得了重要進展,植物再生的相關研究也發現:並不是所有的植物細胞都能夠產生愈傷組織,愈傷組織來源於維管束形成層、中柱鞘的成體幹細胞;愈傷組織的產生借用了根的發生途徑,愈傷組織並不是通過脫分化產生的,愈傷組織的本質是一團在生長素刺激下無序分裂的類根原基幹細胞。也正是因此,水稻葉片很難養出愈傷組織,因為禾本科的成熟葉片不保留幹細胞,只能使用嫩葉的基部或者根。植物再生相關的內容就是另一個話題了。

植物器官再生的研究為我們研究再生現象提供了新的思路和見解

主要參考資料

  • 徐麟. 再生生物學. 植物生理生態研究所, 2020
  • Peter, W, Reddien. The Cellular and Molecular Basis for Planarian Regeneration.[J]. Cell, 2018.
  • Sena G , Birnbaum K D . Built to rebuild: in search of organizing principles in plant regeneration[J]. current opinion in genetics development, 2010, 20(4):0-465.
  • Prof. Lees homepage


切掉的眼睛還能再生?《科學》揭示這種神奇生物的秘密

真渦蟲(planarian)是一種神奇的生物,它最為人所知的特點就是具有超強的再生能力:把它的腦袋給切掉,剩下的身體可以長出一個新的腦袋,令人稱奇。

▲真渦蟲具有極強的再生能力(圖片來源:參考資料[2])

事實上,這種神奇生物的再生能力有著很高的精準度。科學家們發現,如果不是簡單粗暴地砍掉它整個腦袋,而是僅僅切掉它的眼睛,在幾天之後,真渦蟲的眼睛也能重新給長回來,並且新的眼睛還具有正常的功能。

這個現象讓科學家們百思不得其解。畢竟想讓眼睛具有正常的功能,只長出感光細胞可不夠。這些動物還必須把感光細胞和大腦用神經連接起來。在胚胎髮育的過程中,一類「路標細胞」(guidepost cells)會告訴神經細胞,如何在複雜的三維解剖環境中穿行,何時伸長,何時拐彎,何時停下,最終打通視覺的神經通路。

然而這些路標細胞很多只會短暫出現在胚胎髮育期間,很快就會消失。那麼成年的真渦蟲,又是掌握了什麼奧秘,能夠讓眼睛重生呢?

在近日發表的一篇《科學》論文中,來自麻省懷特海德研究所(Whitehead Institute)的一支團隊對這個問題進行了回答。

使用熒光原位雜交(FISH)技術,研究人員們在真渦蟲的視覺系統附近發現了一小批全新的細胞。這些細胞與神經有很高的重合度,它們要麼在眼睛附近,靠近感光細胞伸出神經軸突的位置;要麼沿著軸突前行的路徑分布。

令人驚訝的是,新找到的「路標細胞」里,根據基因表達的特徵,研究人員們意外發現,其中兩類居然是肌肉細胞!「在大部分動物體內,肌肉細胞可不幹這事。」本研究的第一作者M. Lucila Scimone博士說道。在其他動物里,充當「路標細胞」的,大部分是神經元和膠質細胞。

▲顯微鏡下的視覺神經軸突/感光細胞神經元(青色)與路標細胞(紫紅色)(圖片來源:Lucila Scimone, Whitehead Institute)

這些肌肉細胞真的會影響新神經的分布嗎?為了檢驗這個假設,研究人員們開發了一種「眼睛移植」技術,將一隻真渦蟲的眼睛,移植到另一隻真渦蟲腦袋上。研究發現,這些新的眼睛果然會朝著這些肌肉細胞伸出神經元,並在接觸到這些肌肉細胞後對前行方向進行調整,最終與大腦進行連接,行使正常的視覺功能。

有意思的是,倘若研究人員們把這些眼睛移植到真渦蟲身體的其他部位(缺乏這種特殊的肌肉細胞),感光神經元就找不到去大腦的路了。類似的,如果先去掉這些肌肉細胞,再進行移植,也會出現同樣的結果。

▲兩類肌肉細胞協助移植後的眼睛鋪好神經通路(圖片來源:參考資料[1])

這些神奇的肌肉細胞是怎麼知道要出現在哪裡,從而指導神經的分布的呢?後續研究發現,原來在肌肉里會分泌一些特殊的信號分子,告訴這些指路的細胞前往哪裡。如果幹擾這些信號分子,指路的細胞就會迷路,前往錯誤的地方,也把神經引導到錯誤的地方。

「這是未來一個令人振奮的新方向,」本研究的通訊作者Peter W. Reddien教授說道:「我們現在知道了這些細胞的轉錄組,意味著我們能知道這些細胞表達的所有基因。這將能讓我們列出有趣的基因,探索它們的功能,看看哪些影響了這些細胞的功能。」

▲神奇的渦蟲,也許隱藏著治療人類神經損傷的秘密(圖片來源:Holger Brandl, HongKee Moon, Miquel Vila-Farré, Shang-Yun Liu, Ian Henry, and Jochen C. Rink / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0))

《科學》雜誌為這篇論文特地做了專文評述。評述最後指出,這項工作為人類的神經再生帶來了新的方向。有朝一日,我們或許能夠模擬這些路標細胞的功能,指導神經軸突的形成。這對由於各種原因導致神經受損的患者來說,不啻是一個福音。

參考資料:
[1] M. Lucila Scimon et al., (2020), Muscle and neuronal guidepost-like cells facilitate planarian visual system regeneration, Science, DOI: 10.1126/science.aba3203
[2] Guide cells help navigate axon regeneration, Retrieved June 25, 2020, from https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1428
[3] These muscle cells are guideposts to help regenerative flatworms grow back their eyes, Retrieved June 25, 2020, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-06/wifb-tmc062220.php

?熱門內容推薦

  • 《科學》封面:人類腫瘤里發現大量細菌!它們究竟在做什麼?
  • 感謝科學,感謝疫苗,對主子過敏的貓奴有救啦!
  • 2019 年諾貝爾化學獎授予鋰電池,這項技術如何改變了我們的生活?

▎葯明康德內容團隊編輯

註:本文旨在介紹醫藥健康研究進展,不是治療方案推薦。如需獲得治療方案指導,請前往正規醫院就診。

版權說明:本文來自葯明康德微信團隊,歡迎個人轉發至朋友圈,謝絕媒體或機構未經授權以任何形式轉載至其他平台。

?覺得內容不錯,歡迎關注!或者點贊、評論分享給其他讀者吧!


渦蟲分布較為廣泛,多營自由生活。在動物演化的歷史上,扁形動物的出現也標誌著動物界的演化發展已由陸生代替水生、由自由爬行生活取代了固著或漂浮生活[1]

圖源:百度圖片

淡水渦蟲隸屬於扁形動物門( Platyhelminthes) ,渦蟲綱( Turbellaria) ,是動物界最早出現兩側對稱、三胚層、營自由爬行生活的動物類群,在動物系統演化中佔有重要地位,對研究動物起源與進化具有重要意義。渦蟲再生和抗飢餓能力極強, 在再生和飢餓的過程中, 通過細胞增殖、分化、自噬、凋亡完成身體的重塑,已成為研究再生、幹細胞增殖和分化、極性重建、形態發生等的模式動物[2][3]

淡水三角渦蟲具有結構簡單、個體小、分布廣、易培養等特點。我國渦蟲資源豐富,是世界渦蟲資源的重要組成部分,尤其是淡水渦蟲資源。

一、渦蟲的外形特徵與分類

1. 形態特徵

淡水渦蟲體多細長、柔軟而扁平。體長一般 5~ 30mm,體寬 1~ 5mm。背面稍突 ,多黑色、褐色、紅棕色或乳白色 ,腹面稍平而色淺。頭部一般呈三角形、截頂狀或弓形 ,頭的兩側往往伸出 長短不一的耳突 ,頭部背面有 2個黑色的眼點 , 有的種類眼點多達數百個 ,生活於洞穴中的種 類眼點退化或消失。口位於腹面近體後 1 /3~ 1 /5處 ,咽為肌肉質 ,長管狀 ,能從口中自由伸 出 ,用以捕捉食物 ,咽後為腸 ,分 3支主幹,1支 向前 , 2支向後 ,故名三腸目。 每支主幹又反覆分出小支 ,末端為盲管,有口無肛門 ,食物從口進入,不能消化的食物殘渣仍由口排出體外。體腹面密生纖毛 ,由於纖毛和肌肉的運動 ,使其能在物體上作游泳狀爬行[4]

圖源:百度圖片

2. 渦蟲的分類[1]

渦蟲綱的分類在過去是以消化管的有無和複雜程度來區分,大體分為4個目,近年來,許多學者將生殖系統也作為分類依據,將渦蟲綱分為11個目。淡水渦蟲在分類學上主要隸屬於切頭目、單腸目和三腸目中的淡水亞目,目前我國已經發現的淡水渦蟲有3目10屬22種。

切頭目渦蟲多棲息於熱帶,亞熱帶地區,我國僅記載切頭屬(Temnocephala)1屬l種。本屬在南半球分布廣泛,唯北半球分布較少。

單腸目為小型渦蟲,大小約1-10mm ,多數生活在海洋里,少數生活在水質好的淡水或者是潮濕的土壤中。具有簡單的咽和位於體中央囊狀的腸;有輸卵管,有些種類還具有卵黃腺。

三腸目渦蟲所包含的種類很多,其中我們將三腸目又分成淡水亞目、海棲亞目和陸棲亞目三個亞目。

二、渦蟲的生活習性[4]

1. 生活環境

我國的淡水渦蟲主要隸屬於淡水三腸目 , 一般生活於水溫較低、水質清涼潔凈的淡水泉 溪、河川源頭、湖沼、池塘、水井和洞穴水的石塊下方。

渦蟲為肉食性動物 ,自然條件下以生活的蠕蟲、小型甲殼類以及昆蟲的幼蟲等為食物 ,室內人工飼養可用新鮮的豬肝、魚肝或脾臟、熟雞 蛋黃等餵食。

渦蟲對食物是正向反應 ,對光線的刺激是避強光、就弱光 ,夜間活動 強於白晝。

2.繁殖習性

渦蟲的生殖包括無性生殖和有性生殖兩種方式:

(1)無性生殖通常在夏季以橫分裂的方式進行,其分裂面常發生在咽後方。分裂時蟲體後端粘附於底物上,前端向前移動。直到蟲體斷裂為兩半然,後各自再生出失去的一半,形成 2 個新個體。

一些小型渦蟲 ,經數次分裂後新個體並不立即分開 ,彼此相連形成蟲體鏈,當幼體生長到一定程度後 ,再彼此分離營獨立生活。

(2)有性生殖主要在秋末和冬季進行 ,但在不同的地區 略有差異。生殖器官有產生、成熟和退化的過程 ,性成熟前沒有生殖器官產生 ,性成熟的個體有兩性生殖器官存在,為雌雄同體但異體受精,生殖孔位於口的後方,性成熟後,兩蟲各自翹起尾端的一段 ,然後腹面貼合 ,從生殖孔中伸出陰莖進入對方的生殖腔內 ,行體內受精 ,精子和卵 細胞在輸卵管前段受精後 ,多個受精卵在生殖腔內包以外殼形成卵囊 ,最後從生殖孔排出。

三角渦蟲的卵囊呈圓球形,並借一小柄附著於水中的石塊或其他物體上。多目渦蟲的卵囊亦為圓球形,但無柄。 卵囊剛產出時呈淺黃色 ,逐漸變為橙黃色、桔黃色、紅色 ,最後呈紅褐色或黑褐色時即開始孵化。 在冬季室溫下 1個月左右卵囊裂開,從卵囊內爬出幾條小渦蟲 ,初孵幼蟲淺白而透明,體長約 1. 5~ 2. 5mm,可以輪蟲或 鹵蟲的幼蟲餵食。

圖源:https://b2b.hc360.com/supplyself/82828695061.html

渦蟲另一個非常典型的特徵是其依賴食物供應情況進行生長和退行生長 (de-growth)。當食物豐富時 , 渦蟲生長達到其最大體長 。而當長時間飢餓時,蟲體始萎縮。持續飢餓數月後,一條長 20mm的成年渦蟲萎縮到孵化時的大小 (約 1mm)。一旦獲得食物供應後 ,蟲體恢復生長 ,這也是一種再生方式 。許多研究者認為,退行生長導致老齡化過程逆轉 ,使渦蟲獲得新的生命力。渦蟲生長和退行生長主要引起細胞數量改變而不是細胞大小變化 ,因為在渦蟲退行生長過程中細胞增殖繼續進行 ,所以有人認為 :退行生長是細胞增殖和細胞凋亡比例的改變[5]

三、渦蟲的再生

生物再生是機體通過形成新的組織或器官來替代受傷或被切割的組織或器官,進而修復整個機體的過程。在生物界中,再生現象普遍存在[6]

1. 渦蟲再生的細胞來源[5]

渦蟲切割後,傷口處的細胞很快進行增殖分裂 ,並形成未分化的再生組織。再生組織是由傷口處已分化細胞的去分化衍生而來 ,還是來源於稱為全能幹細胞的neoblasts(未分化細胞 ), 這是一個長期爭論不休的問題。支持去分化學說的研究者採用一種混倍體渦蟲:體細胞是三倍體,雌性生殖細胞是四倍體,雄性生殖細胞是二倍體。沿生殖巢切割卻再生出三倍體的體細胞,以及二倍體或四倍體的生殖細胞轉變而來的體細胞組織,如肌肉質的咽。這種現象可以用轉決定過程解釋,因為生殖細胞被認為是幹細胞,保持多種分化潛能,能夠轉決定形成任何體細胞組織。

圖源:https://tieba.baidu.com/p/2017410876?red_tag=1932051689amp;traceid=

超微結構觀察 、X-射線處理 、細胞移植以及 BrdU (5 -溴脫氧尿嘧啶核苷 )標記等一系列實驗支持了幹細胞學說 ,其中最有說服力的是細胞移植實驗 。利用渦蟲幹細胞和分化細胞的大小差別 ,通過過濾和密度 梯度離心等技術可以獲得幹細胞組分和分化細胞組分 。如果把幹細胞組分注射到經致死劑量X-射線處理的渦蟲體內,渦蟲再生能力和長期存活得到恢復 ;相反 ,注射分化細胞組分卻不能逆轉射線效應。用不同種的渦蟲分別作供體和受體所做的實驗進一步支持幹細胞是渦蟲再生的唯一細胞來源。如無性系的渦蟲接受有性系的幹細胞後轉變成有性系的渦蟲,且獲救渦蟲中分裂細胞的核型與供體一致,由此可見,幹細胞能夠使一種渦蟲轉變成另一種渦蟲。

其次 ,用 BrdU標記增殖細胞的方法進一步支持幹細胞是渦蟲再生的唯一細胞來源。Newark等用含 BrdU的食物餵食渦蟲後,觀察到首先受到標記,並且唯一受到標記的是 「neoblasts」樣幹細胞。如果細胞去分化現象存在的話 ,分化細胞必定再次進入細胞周期,那麼這些細胞應受到標記,然而卻沒有觀察到。但是,要獲得確切證據尚需發展細胞系跟蹤技術,以追蹤幹細胞和分化細胞在完整個體和再生個體內的變化。

2. 渦蟲再生的啟動因素[5]

渦蟲切割後啟動再生的刺激因素尚不清楚。研究表明 :上皮細胞在脊椎動物肢體再生中起到非常重要的作用,相應地,渦蟲上皮細胞可能是刺激信號的來源而受到重視。因為切割後傷口的癒合為背面和腹面的上皮細胞直接接觸提供了基礎,所以推測這種背腹相互作用可能在啟動渦蟲再生反應中起重要作用。 實驗證實如果把切割的渦蟲片段背面和腹面顛倒後再移植到原來的部位,再生組織就會形成,進一步研究發現 ,背腹相互作用誘導渦蟲傷口下面的間質細胞分泌一種 noggin(一種胚胎髮生蛋白 ,對胚胎髮生中背腹軸和神經管的形成具有強烈的誘導作用)樣信號分子。在脊椎動物,noggin是骨形成蛋白信號通路的拮抗劑。這些發現為背腹相互作用引發渦蟲再生在分子水平上提供了證據 。然而,並非所有的再生事件都需要背腹相互作用參與。

圖源:視覺中國

例如,沿渦蟲咽的頂端切除,細胞增殖效應發生在咽的基部而不是在切除面, 並且再生反應發生在傷 口癒合之前。此外,兩個前後軸位置不同的片段放在一起 ,再生組織發生在兩個片段之間。這個現象說明,位置信息不同的渦蟲片段相互接觸也能誘發再生反應 ,並不需要上皮細胞覆蓋。總之,上皮細胞、背腹軸誘導的信號、不同位置信息的片段相互接觸,可能都提供了啟動渦蟲再生的刺激信號。 然而,這些不同的誘導事件是否具有相同的分子機制尚不清楚。

3. 渦蟲再生中的模式決定

渦蟲再生中的模式決定涉及到發育生物學中最基本的問題, 無數的研究者對此進行了長期不懈的探索.渦蟲切割後, Neo blasts 在傷口區遷移、增殖、形成胚基, 由胚基再生出缺失的部分。然而研究表明用 X 射線處理或用干擾 RNA 抑制 Neo- bla sts 的增殖分裂能力, 切去頭部的渦蟲仍然能夠再生出小的胚基並分化成小的頭部和眼點(可能是由體內原有的 Neo blasts 遷移而成, 但這些 Neoblasts 沒有增殖能力)。更有甚之,用 GSK-3 激酶(細胞周期依賴性激酶)抑製劑干擾 Neo- bla sts 的分裂, 從而完全阻止再生胚基的形成, 但這些沒有形成胚基的渦蟲片段卻在原有組織內再生出腦和眼點。這些研究表明渦蟲再生中模式形成獨立於細胞增殖,胚基生長和模式決定是相互獨立的事件, 同時也說明模式形成是變形再生和生理再生的混合形式.根據這種理論, 首先是變形再生期, 在很窄的胚基組織內有序地確立模式, 隨後是生理再生期, 通過產生新 的細胞使模式擴大並進行精細調節[6]

圖源:https://m.sohu.com/a/237580479_612623

4. 胚基分化和體型調整[7]

淡水渦蟲屬於兩側對稱的動物, 其體型有前後、左右、背腹之分.令人驚嘆的是, 切割的渦蟲組織塊失去這些特徵後仍然能夠重新形成這種體型。

例如, 一條渦蟲的兩端被切去後, 軀幹的前部分仍然形成頭部, 後部分形成尾部;如果從中軸線切開, 兩部分會重新確立中軸線, 各自再生出一條小渦蟲.眾多的研究表明, 無論是縱切、橫切、還是斜切, 切割的渦蟲片段總能重新調整體型、再生出失去的部分.儘管重新調整體型的分子機制尚不清楚, 但研究證實在再生渦蟲中關鍵分子的表達模式確實發生了變化.H ox 基因在果蠅前後軸決定中起關鍵作用, 所以它是研究渦蟲再生的分子標誌之一。

渦蟲基因組中有很多 H ox 基因, 按照平行進化的規範排序從 Plho x-1 到 Plho x-9 , 但只有 Plho x-5 、Plho x-6 和 Plho x-9 沿前後軸巢式表達。在渦蟲尾部再生的第1天這些基因即上調錶達, 而在頭部再生卻是下調錶達。Muno z-M armol 等發現 GTPOU -1 蛋白在渦蟲蟲體前端 1/ 3 區域表達。沿表達邊緣切去頭部後, 在再生的第2 d , GTPOU -1 蛋白的表達消失,但 6 d 後在再生片段的最前端 1/ 3 區域又重新出現.這項研究說明再生片段在兩天內重新確定分子標誌的位置信息, 根據新的、較小的身體比例重新組織它們的表 達模式。

5. 渦蟲再生過程中的自噬

渦蟲具有極強的再生能力, 自耳突後切割渦蟲, 在17 °C培養條件下, 渦蟲再生的高峰期有兩個: 分別在切割後4~8 h和2~3 d。切割後第7 d, 渦蟲完成所有器官和組織的再生和重塑, 並且使身體恢復到一個合適的比例[34]。在再生過程中, 形成芽基需要能量供應, 然而在咽形成之前, 渦蟲無法進食, 推測在這個過程中, 自噬扮演了重要的角色[3]

近年來,隨著人類社會經濟快速發展,全球水體污染日益嚴重。由於人為破壞、過度開發、環境污染、氣候變遷和泉溪乾涸等因素,包括淡水渦蟲在內的水生生物受到極大威脅。

參考

  1. ^ab劉濤,中國淡水渦蟲分類及核型研究(Ⅺ)[D]. 新鄉:河南師範大學,2011年5月
  2. ^董自梅,司馬應許,李小艷等,日本三角渦蟲趨食性分析[J]. 生態學雜誌,2016(12)
  3. ^ab康靜, 董自梅,陳廣文,渦蟲自噬的研究進展[J]. 中國細胞生物學學報,2016(02)
  4. ^ab陳廣文; 呂九全; 馬金友,我國的淡水渦蟲[J]. 生物學通報,2000(07)
  5. ^abc馬克學,陳廣文等,渦蟲再生研究進展[J]. 生物學教學,2008(01)
  6. ^ab秦雲飛,日本三角渦蟲轉錄組、再生表達譜及小RNA譜的鑒定與分析[D]. 鄭州:鄭州大學,2012年5月
  7. ^陳廣文; 馬克學,淡水渦蟲:分類地位、胚胎髮生和再生[J]. 河南師範大學學報(自然科學版),2008(07)


這個問題就要提到動物統計學和分類學了。

正好學競賽的時候去涉獵過,就大概背一下書吧(希望有錯的地方大佬們能糾正,不勝感激)。

門綱目科屬種。

渦蟲其實應該說是扁形動物門渦蟲綱的一類動物。

而再往下分,應該還有多腸目,單腸目,無腸目(好久沒看書了,如果有大佬糾正不勝感激)。


首先說扁形動物門。

無脊椎動物,分類依據是兩側對稱,三胚層,無體腔,無呼吸系統、無循環系統,有口無肛門。

這些自然也是渦蟲的基本特徵。

所以。渦蟲,具有消化,排泄,神經,生殖四個系統,值得一提的是,渦蟲除了極少數的品種,大多是雌雄同體的。

1.消化系統

有口無肛門,其消化管複雜程度不同,最原始的沒有消化管,由口通到體內一團來源內胚層的吞噬細胞呈合胞體狀,具消化功能。有些消化管由中央腸管向兩側伸出許多側枝,有些則如三角渦蟲消化管分為3支(1支向前2支向後)再分多枝,還有的直接由中央腸管聯通前後.

2.排泄系統

有這樣的消化系統,在有什麼樣排泄系統也就不足為奇了。實驗中標記物質會從渦蟲的兩側無規則出現。也就是類似於,渦蟲的體表有類似於腎小管的結構(具體可以去找實驗視頻)。

3.神經系統

有著梯形神經系統,前端是一對神經節,然後像梯形一樣分布。

4.生殖系統

雌雄同體,你還想知道啥?想要了解生殖器官的可以去百度(我敢肯定有)。


再說渦蟲綱

扁形動物門中有三個綱:吸蟲綱,滌(好像是這個滌)蟲綱,渦蟲綱。

渦蟲綱是扁形動物中最原始的類群,體表被纖毛,腸道較發達,體長5mm至60cm,已知約4000種。

然後還有什麼渦蟲綱的特徵等待大佬們的提醒(保證只要是正確的,一定寫上去。)


從生物學的角度理解再生能力。

說白了,其實還是幹細胞厲害。

而這些有些類型於人類幹細胞的幹細胞,佔了渦蟲細胞總量將近四分之一

如此大量的幹細胞,足以使其在受傷後再生。

不過僅僅有大量幹細胞也不夠,最關鍵的還是基因。否則為什麼人類不行呢?

科學家曾經通過抑制某蛋白質的合成,發現失去此蛋白後的渦蟲同時失去了再生能力。

這種蛋白,來自於大名鼎鼎的nb2細胞。

我們都知道腫瘤擁有不死的屬性,也就是無限再生,而這種蛋白質,與腫瘤上的四次穿膜蛋白具有極大相似性

那麼我們可以想像到,nb2是怎樣的一種幹細胞。

並且,它類似於胚胎幹細胞,可以分化任何的組織細胞。

以上便是我的觀點,也是目前的主流觀點吧。


渦蟲(planarian)真可愛。

渦蟲是什麼?它屬於扁形動物門下的一個綱:渦蟲綱。

先看看其中一種渦蟲的靚照。科學家研究渦蟲,並非是因為渦蟲長得帥,也不是因為渦蟲可愛。歸根結底,是因為人們饞它的身子!

為什麼,因為渦蟲長得性感嗎?不是的,因為渦蟲的身子具備一種能力,這種能力是現如今的智人(Homo sapiens)所不具備的。那就是「再生」能力。

智人雖然腦子發達,但是造物主本著萬事萬物公平的原則,讓智人失去了肢體再生的能力。比如,砍掉半截兒手指,我們不可能像渦蟲那樣過幾天就再生出來一個手指。

下面的視頻顯示了貪婪、世俗的人們最想要的一種能力,渦蟲的自我再生:

驚奇!渦蟲的自我再生!三畝疆Sam John的視頻 · 1293 播放

除了渦蟲以外,世界上還有很多動物具備肢體再生能力。比如在再生界混得比較出名的有壁虎和蜥蜴。他們的尾巴斷了可以再生,這一點已經不是什麼稀奇事物了,自然不必贅述。

另外,值得一提的是,壁虎的英文名字叫做Gecko,我以前都不知道。你也可以叫它Leopard Gecko。我也是今天才學會的。跑題一下,其實學了那麼多年的英語,很多生活名詞我都不會說。比如,你會用英語說香菜、芹菜和空心菜嗎?答案請在本回答的最後尋找。

水螅和海星也具有再生能力。

動物的再生能力實在太有趣了,值得認真研究。

渦蟲是再生的大師,幾乎具有無限的能力來再生因受傷或衰老而丟失的任何組織或身體部位。

這種驚人的再生能力來自散布在整個渦蟲體內的幹細胞。作為一個常識,大家可能已經知道,幹細胞負責在渦蟲中製造所有不同細胞類型和組織。其實,智人和渦蟲之間有很多相似之處,比如,我們共享許多相同的器官系統。渦蟲的中樞神經系統也是大腦,此外,它也有眼睛,肌肉,腸,表皮,生殖結構。但是,與渦蟲的再生能力相比,人的再生能力非常有限,實在是弱雞。科學家們希望更好地了解再生過程。比如,他們希望知道受傷的組織是如何感覺到傷害的,如何知道自己缺失了哪個部分,以及接下來需要製造或再生的東西?這本身就已經非常神奇了。在再生過程中,機體必須讓正確的細胞類型,正確的數量和比例,正確的位置和時間等諸多因素參與其中。並且所有這些過程都需要仔細協調,以使再生正常進行。試想,如果合作的不好,本來該長個尾巴的,結果長出一隻腳來,那就壞事了。

這個過程是怎麼實現的?基因的調控肯定參與了其中。科學家通過基因篩選的方法,想要了解參與這個調控過程的基因。說我們是基因的奴隸,真的是一點兒也不為過。

refs.

1 Dev Cell. 2005 May; 8(5): 635–649. doi: 10.1016/j.devcel.2005.02.014

2 Could we use planarians to help us understand human regeneration? | Morgridge Institute for Research.

-------------------------

Cilantro, Celery, Water spinach !


昨晚夢見被渦蟲鑽進鼻孔里差點嚇尿,馬上來學習一下⊙﹏⊙


這麼神奇的小生物,請問被切割後重新長成的渦蟲,哪一個可以算作本體?是以切割單體最大的部分算嗎?還是可以看做全部都是本體,克隆出了n個(切割數)自己。

分裂後長成完全體的渦蟲,會保留本體的記憶嗎(或因為自然環境形成的生活習慣),因為看到有大佬的回答中提到渦蟲是有大腦的。

很好奇,借答題樓來擴展下提問


推薦閱讀:
相关文章