• 什么是「涡虫」?
  • 「涡虫」具有什么特点?
  • 如何从生物学角度理解「涡虫」拥有的再生能力?

本问题将作为「知识库」栏目的一部分,你的创作将有机会被收录在相关话题的百科简介中,为知友们解答各种十万个是什么。


今天给大家介绍一种再生能力超强的小动物——涡虫。

把涡虫剁碎,每一节都能长成一只完整的涡虫,再生出各种器官。

再生(Regeneration)是一个古老的科学命题,也是生物学的重要奥秘之一。再生的过程中,生物体能够对损伤失去的器官、组织等进行自我修复和替代。

蝾螈小爪子的再生过程。蝾螈的再生能力很强,部分切除它的四肢、下巴、心脏、水晶体后,这些器官都能够完整的再生回来。将蝾螈肢体截断后,约一星期就可以看到截肢末端长出的一团芽基组织(blastema),这个芽基类似演变发育时的肢芽,从而重新发育成新的肢体细胞。

很多动植物都有较强的再生能力,那些基因组比较简单,完成全基因组测序并且可以进行遗传转化的动植物,就成了我们优先研究的模式动植物,如水蛭、涡虫、斑马鱼、蝾螈、蚯蚓、小鼠、拟南芥、小立碗藓、水稻等…

动植物的再生指的是对损伤丢失的器官进行修复、替代

淡水涡虫(planarian)是扁形动物门涡虫纲的低等小虫子,形态简单,但具有复杂的解剖结构,包括大脑、眼睛、肌肉组织、肠、肾上腺和表皮。涡虫的再生能力非常强,即使被切割至 1/279 ,仍能长出完整的个体。

涡虫的再生能力非常强大,可以在几天到数周内从小碎片长出头、尾、侧面甚至整个个体。即使切下的小碎片不能进食,也能利用现有资源进行再生。再生以后的涡虫去取食生长,慢慢从小个子长成正常虫。

由于涡虫形态简单,细胞行为容易追踪,还可以进行遗传操作,涡虫成了动物再生研究中一个很好的模式生物。科学家们对涡虫进行了两个多世纪的研究,对再生的理解也逐渐深入,确定了再生过程中一些关键细胞和分子原理。

干细胞既能维持自己的干性,又有分化的潜力。分化是指,干细胞逐渐丧失全能性和多能性,形成有具体功能的细胞;转分化是指,一种类型的细胞转变命运成为完全不同类型的其他细胞,转变过程不遵循分化路线。脱分化是指,已分化或部分分化的细胞返回到原先干细胞的状态,是分化的逆过程。

再生的本质,是受伤后细胞命运的转变。受伤刺激细胞内部基因表达发生变化,进而影响细胞命运转变。人们很早就对再生有一些初步认识,但是对再生背后具体的机制了解甚少。传统的再生观点认为,受伤后新器官的长出是由于伤口刺激细胞脱分化,形成全能或多能干细胞样细胞,这些细胞进行增殖、再分化,形成芽基,直至器官,替代损伤失去的器官。

对蝾螈的研究,提出了蝾螈新肢的再生是脱分化和分化并存的过程。截肢末端的肌肉原始细胞、血管原始细胞、骨骼原始细胞形成新肢的肌肉、血管和骨骼。

关于涡虫的研究对器官再生提出了新的观点。研究发现,涡虫再生过程中长出的新器官并不是由伤口处细胞经过脱分化、再分化发育而来,而是由虫体内本来就大量存在的干细胞直接分化长出的。

Neoblast 细胞参与的涡虫再生示意图

涡虫体内存在著大量被称为 Neoblast 的干细胞,它们在涡虫身体广泛分布,存在于成年组织中,类似于胚胎细胞,有大的细胞核,几乎没有细胞质。这种 Neoblast 干细胞并不会因为涡虫长大成年而退化或分化消失,它们有很强的再生和分化潜能。受伤后再生出的新器官,就是这些已有的 Neoblast 干细胞分化长成的,并非传统观点里边的脱分化途径

图 A 中红色的就是 Neoblast 细胞,在虫体广泛分布。辐射移植实验 B 中,单个 Neoblast 细胞的移植可以产生许多子细胞,它们具有很强的分化潜能,能分化形成各种类型的细胞。

受伤后 Neoblast 干细胞可以分化生长为新器官,但是它们怎么知道自己要如何分化,去替代损伤中失去的谁呢?原来 Neoblast 干细胞是一群性质较为均一的幼稚细胞群体,在它们的子细胞还没有分裂分化时,细胞的命运已经注定。子细胞在母细胞中的位置及邻近细胞都会影响细胞后代的分化。涡虫眼和肾上腺的再生研究发现,发育成眼或肾上腺的细胞中,一些特有的转录因子被特异激活,主要是参与眼或肾上腺再生及肾上腺素形成相关的转录因子,标志著它们的命运已经被分化决定了。

图 C 上,发育成眼的 Neoblast 祖细胞从伤口迁移到头部,最终分化形成眼睛;下,Neoblast 祖细胞的后代命运发生特化,形成专能性干细胞。图 D,Neoblast 细胞特化过程,子细胞中特有的转录因子激活表明了它们在组织更新和再生中的命运已经被决定。

一些基因的组成型或区域性表达,控制著涡虫的再生和极性维持。如 notumwnt1wnt11-2wntP-2wnt11-1wnt5wntAwntlessteashirtDjisletprepfoxDzic-1zic-2bmpadmpnlg-8tolloidndl-3nog-1glypican-1netrin-2ptk7ndkslit 等,这些基因的缺失会产生各自相应的再生障碍。

图 A,Wnt 信号通路控制该长头的地方长出头,该长尾巴的地方长出尾巴。图 B,一些关键的再生细胞命运决定基因表达模式。图 C-D,不同轴向上位置决定基因的表达模式。

丧心病狂的人们不会轻易放过可爱的涡虫,他们横著切,竖著切,斜著切,溜边切,挖出一小块切,切碎,切成末,切出两个头,切成三只眼…… 科学家们迫害涡虫去研究背后的再生机制,研究它的干细胞,研究干细胞的迁移路径,研究干细胞的分化和命运决定,研究切口位置信息对干细胞命运的影响,希望能够将它的再生搞清楚,有朝一日可以造福人类。

科学家们不仅在动物再生的研究中取得了重要进展,植物再生的相关研究也发现:并不是所有的植物细胞都能够产生愈伤组织,愈伤组织来源于维管束形成层、中柱鞘的成体干细胞;愈伤组织的产生借用了根的发生途径,愈伤组织并不是通过脱分化产生的,愈伤组织的本质是一团在生长素刺激下无序分裂的类根原基干细胞。也正是因此,水稻叶片很难养出愈伤组织,因为禾本科的成熟叶片不保留干细胞,只能使用嫩叶的基部或者根。植物再生相关的内容就是另一个话题了。

植物器官再生的研究为我们研究再生现象提供了新的思路和见解

主要参考资料

  • 徐麟. 再生生物学. 植物生理生态研究所, 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


切掉的眼睛还能再生?《科学》揭示这种神奇生物的秘密

真涡虫(planarian)是一种神奇的生物,它最为人所知的特点就是具有超强的再生能力:把它的脑袋给切掉,剩下的身体可以长出一个新的脑袋,令人称奇。

▲真涡虫具有极强的再生能力(图片来源:参考资料[2])

事实上,这种神奇生物的再生能力有著很高的精准度。科学家们发现,如果不是简单粗暴地砍掉它整个脑袋,而是仅仅切掉它的眼睛,在几天之后,真涡虫的眼睛也能重新给长回来,并且新的眼睛还具有正常的功能。

这个现象让科学家们百思不得其解。毕竟想让眼睛具有正常的功能,只长出感光细胞可不够。这些动物还必须把感光细胞和大脑用神经连接起来。在胚胎发育的过程中,一类「路标细胞」(guidepost cells)会告诉神经细胞,如何在复杂的三维解剖环境中穿行,何时伸长,何时拐弯,何时停下,最终打通视觉的神经通路。

然而这些路标细胞很多只会短暂出现在胚胎发育期间,很快就会消失。那么成年的真涡虫,又是掌握了什么奥秘,能够让眼睛重生呢?

在近日发表的一篇《科学》论文中,来自麻省怀特海德研究所(Whitehead Institute)的一支团队对这个问题进行了回答。

使用荧光原位杂交(FISH)技术,研究人员们在真涡虫的视觉系统附近发现了一小批全新的细胞。这些细胞与神经有很高的重合度,它们要么在眼睛附近,靠近感光细胞伸出神经轴突的位置;要么沿著轴突前行的路径分布。

令人惊讶的是,新找到的「路标细胞」里,根据基因表达的特征,研究人员们意外发现,其中两类居然是肌肉细胞!「在大部分动物体内,肌肉细胞可不干这事。」本研究的第一作者M. Lucila Scimone博士说道。在其他动物里,充当「路标细胞」的,大部分是神经元和胶质细胞。

▲显微镜下的视觉神经轴突/感光细胞神经元(青色)与路标细胞(紫红色)(图片来源:Lucila Scimone, Whitehead Institute)

这些肌肉细胞真的会影响新神经的分布吗?为了检验这个假设,研究人员们开发了一种「眼睛移植」技术,将一只真涡虫的眼睛,移植到另一只真涡虫脑袋上。研究发现,这些新的眼睛果然会朝著这些肌肉细胞伸出神经元,并在接触到这些肌肉细胞后对前行方向进行调整,最终与大脑进行连接,行使正常的视觉功能。

有意思的是,倘若研究人员们把这些眼睛移植到真涡虫身体的其他部位(缺乏这种特殊的肌肉细胞),感光神经元就找不到去大脑的路了。类似的,如果先去掉这些肌肉细胞,再进行移植,也会出现同样的结果。

▲两类肌肉细胞协助移植后的眼睛铺好神经通路(图片来源:参考资料[1])

这些神奇的肌肉细胞是怎么知道要出现在哪里,从而指导神经的分布的呢?后续研究发现,原来在肌肉里会分泌一些特殊的信号分子,告诉这些指路的细胞前往哪里。如果干扰这些信号分子,指路的细胞就会迷路,前往错误的地方,也把神经引导到错误的地方。

「这是未来一个令人振奋的新方向,」本研究的通讯作者Peter W. Reddien教授说道:「我们现在知道了这些细胞的转录组,意味著我们能知道这些细胞表达的所有基因。这将能让我们列出有趣的基因,探索它们的功能,看看哪些影响了这些细胞的功能。」

▲神奇的涡虫,也许隐藏著治疗人类神经损伤的秘密(图片来源: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))

《科学》杂志为这篇论文特地做了专文评述。评述最后指出,这项工作为人类的神经再生带来了新的方向。有朝一日,我们或许能够模拟这些路标细胞的功能,指导神经轴突的形成。这对由于各种原因导致神经受损的患者来说,不啻是一个福音。

参考资料:
[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

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涡虫分布较为广泛,多营自由生活。在动物演化的历史上,扁形动物的出现也标志著动物界的演化发展已由陆生代替水生、由自由爬行生活取代了固著或漂浮生活[1]

图源:百度图片

淡水涡虫隶属于扁形动物门( Platyhelminthes) ,涡虫纲( Turbellaria) ,是动物界最早出现两侧对称、三胚层、营自由爬行生活的动物类群,在动物系统演化中占有重要地位,对研究动物起源与进化具有重要意义。涡虫再生和抗饥饿能力极强, 在再生和饥饿的过程中, 通过细胞增殖、分化、自噬、凋亡完成身体的重塑,已成为研究再生、干细胞增殖和分化、极性重建、形态发生等的模式动物[2][3]

淡水三角涡虫具有结构简单、个体小、分布广、易培养等特点。我国涡虫资源丰富,是世界涡虫资源的重要组成部分,尤其是淡水涡虫资源。

一、涡虫的外形特征与分类

1. 形态特征

淡水涡虫体多细长、柔软而扁平。体长一般 5~ 30mm,体宽 1~ 5mm。背面稍突 ,多黑色、褐色、红棕色或乳白色 ,腹面稍平而色浅。头部一般呈三角形、截顶状或弓形 ,头的两侧往往伸出 长短不一的耳突 ,头部背面有 2个黑色的眼点 , 有的种类眼点多达数百个 ,生活于洞穴中的种 类眼点退化或消失。口位于腹面近体后 1 /3~ 1 /5处 ,咽为肌肉质 ,长管状 ,能从口中自由伸 出 ,用以捕捉食物 ,咽后为肠 ,分 3支主干,1支 向前 , 2支向后 ,故名三肠目。 每支主干又反复分出小支 ,末端为盲管,有口无肛门 ,食物从口进入,不能消化的食物残渣仍由口排出体外。体腹面密生纤毛 ,由于纤毛和肌肉的运动 ,使其能在物体上作游泳状爬行[4]

图源:百度图片

2. 涡虫的分类[1]

涡虫纲的分类在过去是以消化管的有无和复杂程度来区分,大体分为4个目,近年来,许多学者将生殖系统也作为分类依据,将涡虫纲分为11个目。淡水涡虫在分类学上主要隶属于切头目、单肠目和三肠目中的淡水亚目,目前我国已经发现的淡水涡虫有3目10属22种。

切头目涡虫多栖息于热带,亚热带地区,我国仅记载切头属(Temnocephala)1属l种。本属在南半球分布广泛,唯北半球分布较少。

单肠目为小型涡虫,大小约1-10mm ,多数生活在海洋里,少数生活在水质好的淡水或者是潮湿的土壤中。具有简单的咽和位于体中央囊状的肠;有输卵管,有些种类还具有卵黄腺。

三肠目涡虫所包含的种类很多,其中我们将三肠目又分成淡水亚目、海栖亚目和陆栖亚目三个亚目。

二、涡虫的生活习性[4]

1. 生活环境

我国的淡水涡虫主要隶属于淡水三肠目 , 一般生活于水温较低、水质清凉洁净的淡水泉 溪、河川源头、湖沼、池塘、水井和洞穴水的石块下方。

涡虫为肉食性动物 ,自然条件下以生活的蠕虫、小型甲壳类以及昆虫的幼虫等为食物 ,室内人工饲养可用新鲜的猪肝、鱼肝或脾脏、熟鸡 蛋黄等喂食。

涡虫对食物是正向反应 ,对光线的刺激是避强光、就弱光 ,夜间活动 强于白昼。

2.繁殖习性

涡虫的生殖包括无性生殖和有性生殖两种方式:

(1)无性生殖通常在夏季以横分裂的方式进行,其分裂面常发生在咽后方。分裂时虫体后端粘附于底物上,前端向前移动。直到虫体断裂为两半然,后各自再生出失去的一半,形成 2 个新个体。

一些小型涡虫 ,经数次分裂后新个体并不立即分开 ,彼此相连形成虫体链,当幼体生长到一定程度后 ,再彼此分离营独立生活。

(2)有性生殖主要在秋末和冬季进行 ,但在不同的地区 略有差异。生殖器官有产生、成熟和退化的过程 ,性成熟前没有生殖器官产生 ,性成熟的个体有两性生殖器官存在,为雌雄同体但异体受精,生殖孔位于口的后方,性成熟后,两虫各自翘起尾端的一段 ,然后腹面贴合 ,从生殖孔中伸出阴茎进入对方的生殖腔内 ,行体内受精 ,精子和卵 细胞在输卵管前段受精后 ,多个受精卵在生殖腔内包以外壳形成卵囊 ,最后从生殖孔排出。

三角涡虫的卵囊呈圆球形,并借一小柄附著于水中的石块或其他物体上。多目涡虫的卵囊亦为圆球形,但无柄。 卵囊刚产出时呈浅黄色 ,逐渐变为橙黄色、桔黄色、红色 ,最后呈红褐色或黑褐色时即开始孵化。 在冬季室温下 1个月左右卵囊裂开,从卵囊内爬出几条小涡虫 ,初孵幼虫浅白而透明,体长约 1. 5~ 2. 5mm,可以轮虫或 卤虫的幼虫喂食。

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

涡虫另一个非常典型的特征是其依赖食物供应情况进行生长和退行生长 (de-growth)。当食物丰富时 , 涡虫生长达到其最大体长 。而当长时间饥饿时,虫体始萎缩。持续饥饿数月后,一条长 20mm的成年涡虫萎缩到孵化时的大小 (约 1mm)。一旦获得食物供应后 ,虫体恢复生长 ,这也是一种再生方式 。许多研究者认为,退行生长导致老龄化过程逆转 ,使涡虫获得新的生命力。涡虫生长和退行生长主要引起细胞数量改变而不是细胞大小变化 ,因为在涡虫退行生长过程中细胞增殖继续进行 ,所以有人认为 :退行生长是细胞增殖和细胞凋亡比例的改变[5]

三、涡虫的再生

生物再生是机体通过形成新的组织或器官来替代受伤或被切割的组织或器官,进而修复整个机体的过程。在生物界中,再生现象普遍存在[6]

1. 涡虫再生的细胞来源[5]

涡虫切割后,伤口处的细胞很快进行增殖分裂 ,并形成未分化的再生组织。再生组织是由伤口处已分化细胞的去分化衍生而来 ,还是来源于称为全能干细胞的neoblasts(未分化细胞 ), 这是一个长期争论不休的问题。支持去分化学说的研究者采用一种混倍体涡虫:体细胞是三倍体,雌性生殖细胞是四倍体,雄性生殖细胞是二倍体。沿生殖巢切割却再生出三倍体的体细胞,以及二倍体或四倍体的生殖细胞转变而来的体细胞组织,如肌肉质的咽。这种现象可以用转决定过程解释,因为生殖细胞被认为是干细胞,保持多种分化潜能,能够转决定形成任何体细胞组织。

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

超微结构观察 、X-射线处理 、细胞移植以及 BrdU (5 -溴脱氧尿嘧啶核苷 )标记等一系列实验支持了干细胞学说 ,其中最有说服力的是细胞移植实验 。利用涡虫干细胞和分化细胞的大小差别 ,通过过滤和密度 梯度离心等技术可以获得干细胞组分和分化细胞组分 。如果把干细胞组分注射到经致死剂量X-射线处理的涡虫体内,涡虫再生能力和长期存活得到恢复 ;相反 ,注射分化细胞组分却不能逆转射线效应。用不同种的涡虫分别作供体和受体所做的实验进一步支持干细胞是涡虫再生的唯一细胞来源。如无性系的涡虫接受有性系的干细胞后转变成有性系的涡虫,且获救涡虫中分裂细胞的核型与供体一致,由此可见,干细胞能够使一种涡虫转变成另一种涡虫。

其次 ,用 BrdU标记增殖细胞的方法进一步支持干细胞是涡虫再生的唯一细胞来源。Newark等用含 BrdU的食物喂食涡虫后,观察到首先受到标记,并且唯一受到标记的是 「neoblasts」样干细胞。如果细胞去分化现象存在的话 ,分化细胞必定再次进入细胞周期,那么这些细胞应受到标记,然而却没有观察到。但是,要获得确切证据尚需发展细胞系跟踪技术,以追踪干细胞和分化细胞在完整个体和再生个体内的变化。

2. 涡虫再生的启动因素[5]

涡虫切割后启动再生的刺激因素尚不清楚。研究表明 :上皮细胞在脊椎动物肢体再生中起到非常重要的作用,相应地,涡虫上皮细胞可能是刺激信号的来源而受到重视。因为切割后伤口的愈合为背面和腹面的上皮细胞直接接触提供了基础,所以推测这种背腹相互作用可能在启动涡虫再生反应中起重要作用。 实验证实如果把切割的涡虫片段背面和腹面颠倒后再移植到原来的部位,再生组织就会形成,进一步研究发现 ,背腹相互作用诱导涡虫伤口下面的间质细胞分泌一种 noggin(一种胚胎发生蛋白 ,对胚胎发生中背腹轴和神经管的形成具有强烈的诱导作用)样信号分子。在脊椎动物,noggin是骨形成蛋白信号通路的拮抗剂。这些发现为背腹相互作用引发涡虫再生在分子水平上提供了证据 。然而,并非所有的再生事件都需要背腹相互作用参与。

图源:视觉中国

例如,沿涡虫咽的顶端切除,细胞增殖效应发生在咽的基部而不是在切除面, 并且再生反应发生在伤 口愈合之前。此外,两个前后轴位置不同的片段放在一起 ,再生组织发生在两个片段之间。这个现象说明,位置信息不同的涡虫片段相互接触也能诱发再生反应 ,并不需要上皮细胞覆盖。总之,上皮细胞、背腹轴诱导的信号、不同位置信息的片段相互接触,可能都提供了启动涡虫再生的刺激信号。 然而,这些不同的诱导事件是否具有相同的分子机制尚不清楚。

3. 涡虫再生中的模式决定

涡虫再生中的模式决定涉及到发育生物学中最基本的问题, 无数的研究者对此进行了长期不懈的探索.涡虫切割后, Neo blasts 在伤口区迁移、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 射线处理或用干扰 RNA 抑制 Neo- bla sts 的增殖分裂能力, 切去头部的涡虫仍然能够再生出小的胚基并分化成小的头部和眼点(可能是由体内原有的 Neo blasts 迁移而成, 但这些 Neoblasts 没有增殖能力)。更有甚之,用 GSK-3 激酶(细胞周期依赖性激酶)抑制剂干扰 Neo- bla sts 的分裂, 从而完全阻止再生胚基的形成, 但这些没有形成胚基的涡虫片段却在原有组织内再生出脑和眼点。这些研究表明涡虫再生中模式形成独立于细胞增殖,胚基生长和模式决定是相互独立的事件, 同时也说明模式形成是变形再生和生理再生的混合形式.根据这种理论, 首先是变形再生期, 在很窄的胚基组织内有序地确立模式, 随后是生理再生期, 通过产生新 的细胞使模式扩大并进行精细调节[6]

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

4. 胚基分化和体型调整[7]

淡水涡虫属于两侧对称的动物, 其体型有前后、左右、背腹之分.令人惊叹的是, 切割的涡虫组织块失去这些特征后仍然能够重新形成这种体型。

例如, 一条涡虫的两端被切去后, 躯干的前部分仍然形成头部, 后部分形成尾部;如果从中轴线切开, 两部分会重新确立中轴线, 各自再生出一条小涡虫.众多的研究表明, 无论是纵切、横切、还是斜切, 切割的涡虫片段总能重新调整体型、再生出失去的部分.尽管重新调整体型的分子机制尚不清楚, 但研究证实在再生涡虫中关键分子的表达模式确实发生了变化.H ox 基因在果蝇前后轴决定中起关键作用, 所以它是研究涡虫再生的分子标志之一。

涡虫基因组中有很多 H ox 基因, 按照平行进化的规范排序从 Plho x-1 到 Plho x-9 , 但只有 Plho x-5 、Plho x-6 和 Plho x-9 沿前后轴巢式表达。在涡虫尾部再生的第1天这些基因即上调表达, 而在头部再生却是下调表达。Muno z-M armol 等发现 GTPOU -1 蛋白在涡虫虫体前端 1/ 3 区域表达。沿表达边缘切去头部后, 在再生的第2 d , GTPOU -1 蛋白的表达消失,但 6 d 后在再生片段的最前端 1/ 3 区域又重新出现.这项研究说明再生片段在两天内重新确定分子标志的位置信息, 根据新的、较小的身体比例重新组织它们的表 达模式。

5. 涡虫再生过程中的自噬

涡虫具有极强的再生能力, 自耳突后切割涡虫, 在17 °C培养条件下, 涡虫再生的高峰期有两个: 分别在切割后4~8 h和2~3 d。切割后第7 d, 涡虫完成所有器官和组织的再生和重塑, 并且使身体恢复到一个合适的比例[34]。在再生过程中, 形成芽基需要能量供应, 然而在咽形成之前, 涡虫无法进食, 推测在这个过程中, 自噬扮演了重要的角色[3]

近年来,随著人类社会经济快速发展,全球水体污染日益严重。由于人为破坏、过度开发、环境污染、气候变迁和泉溪干涸等因素,包括淡水涡虫在内的水生生物受到极大威胁。

参考

  1. ^ab刘涛,中国淡水涡虫分类及核型研究(Ⅺ)[D]. 新乡:河南师范大学,2011年5月
  2. ^董自梅,司马应许,李小艳等,日本三角涡虫趋食性分析[J]. 生态学杂志,2016(12)
  3. ^ab康静, 董自梅,陈广文,涡虫自噬的研究进展[J]. 中国细胞生物学学报,2016(02)
  4. ^ab陈广文; 吕九全; 马金友,我国的淡水涡虫[J]. 生物学通报,2000(07)
  5. ^abc马克学,陈广文等,涡虫再生研究进展[J]. 生物学教学,2008(01)
  6. ^ab秦云飞,日本三角涡虫转录组、再生表达谱及小RNA谱的鉴定与分析[D]. 郑州:郑州大学,2012年5月
  7. ^陈广文; 马克学,淡水涡虫:分类地位、胚胎发生和再生[J]. 河南师范大学学报(自然科学版),2008(07)


这个问题就要提到动物统计学和分类学了。

正好学竞赛的时候去涉猎过,就大概背一下书吧(希望有错的地方大佬们能纠正,不胜感激)。

门纲目科属种。

涡虫其实应该说是扁形动物门涡虫纲的一类动物。

而再往下分,应该还有多肠目,单肠目,无肠目(好久没看书了,如果有大佬纠正不胜感激)。


首先说扁形动物门。

无脊椎动物,分类依据是两侧对称,三胚层,无体腔,无呼吸系统、无循环系统,有口无肛门。

这些自然也是涡虫的基本特征。

所以。涡虫,具有消化,排泄,神经,生殖四个系统,值得一提的是,涡虫除了极少数的品种,大多是雌雄同体的。

1.消化系统

有口无肛门,其消化管复杂程度不同,最原始的没有消化管,由口通到体内一团来源内胚层的吞噬细胞呈合胞体状,具消化功能。有些消化管由中央肠管向两侧伸出许多侧枝,有些则如三角涡虫消化管分为3支(1支向前2支向后)再分多枝,还有的直接由中央肠管联通前后.

2.排泄系统

有这样的消化系统,在有什么样排泄系统也就不足为奇了。实验中标记物质会从涡虫的两侧无规则出现。也就是类似于,涡虫的体表有类似于肾小管的结构(具体可以去找实验视频)。

3.神经系统

有著梯形神经系统,前端是一对神经节,然后像梯形一样分布。

4.生殖系统

雌雄同体,你还想知道啥?想要了解生殖器官的可以去百度(我敢肯定有)。


再说涡虫纲

扁形动物门中有三个纲:吸虫纲,涤(好像是这个涤)虫纲,涡虫纲。

涡虫纲是扁形动物中最原始的类群,体表被纤毛,肠道较发达,体长5mm至60cm,已知约4000种。

然后还有什么涡虫纲的特征等待大佬们的提醒(保证只要是正确的,一定写上去。)


从生物学的角度理解再生能力。

说白了,其实还是干细胞厉害。

而这些有些类型于人类干细胞的干细胞,占了涡虫细胞总量将近四分之一

如此大量的干细胞,足以使其在受伤后再生。

不过仅仅有大量干细胞也不够,最关键的还是基因。否则为什么人类不行呢?

科学家曾经通过抑制某蛋白质的合成,发现失去此蛋白后的涡虫同时失去了再生能力。

这种蛋白,来自于大名鼎鼎的nb2细胞。

我们都知道肿瘤拥有不死的属性,也就是无限再生,而这种蛋白质,与肿瘤上的四次穿膜蛋白具有极大相似性

那么我们可以想像到,nb2是怎样的一种干细胞。

并且,它类似于胚胎干细胞,可以分化任何的组织细胞。

以上便是我的观点,也是目前的主流观点吧。


涡虫(planarian)真可爱。

涡虫是什么?它属于扁形动物门下的一个纲:涡虫纲。

先看看其中一种涡虫的靓照。科学家研究涡虫,并非是因为涡虫长得帅,也不是因为涡虫可爱。归根结底,是因为人们馋它的身子!

为什么,因为涡虫长得性感吗?不是的,因为涡虫的身子具备一种能力,这种能力是现如今的智人(Homo sapiens)所不具备的。那就是「再生」能力。

智人虽然脑子发达,但是造物主本著万事万物公平的原则,让智人失去了肢体再生的能力。比如,砍掉半截儿手指,我们不可能像涡虫那样过几天就再生出来一个手指。

下面的视频显示了贪婪、世俗的人们最想要的一种能力,涡虫的自我再生:

惊奇!涡虫的自我再生!三亩疆Sam John的视频 · 1293 播放

除了涡虫以外,世界上还有很多动物具备肢体再生能力。比如在再生界混得比较出名的有壁虎和蜥蜴。他们的尾巴断了可以再生,这一点已经不是什么稀奇事物了,自然不必赘述。

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。我也是今天才学会的。跑题一下,其实学了那么多年的英语,很多生活名词我都不会说。比如,你会用英语说香菜、芹菜和空心菜吗?答案请在本回答的最后寻找。

水螅和海星也具有再生能力。

动物的再生能力实在太有趣了,值得认真研究。

涡虫是再生的大师,几乎具有无限的能力来再生因受伤或衰老而丢失的任何组织或身体部位。

这种惊人的再生能力来自散布在整个涡虫体内的干细胞。作为一个常识,大家可能已经知道,干细胞负责在涡虫中制造所有不同细胞类型和组织。其实,智人和涡虫之间有很多相似之处,比如,我们共享许多相同的器官系统。涡虫的中枢神经系统也是大脑,此外,它也有眼睛,肌肉,肠,表皮,生殖结构。但是,与涡虫的再生能力相比,人的再生能力非常有限,实在是弱鸡。科学家们希望更好地了解再生过程。比如,他们希望知道受伤的组织是如何感觉到伤害的,如何知道自己缺失了哪个部分,以及接下来需要制造或再生的东西?这本身就已经非常神奇了。在再生过程中,机体必须让正确的细胞类型,正确的数量和比例,正确的位置和时间等诸多因素参与其中。并且所有这些过程都需要仔细协调,以使再生正常进行。试想,如果合作的不好,本来该长个尾巴的,结果长出一只脚来,那就坏事了。

这个过程是怎么实现的?基因的调控肯定参与了其中。科学家通过基因筛选的方法,想要了解参与这个调控过程的基因。说我们是基因的奴隶,真的是一点儿也不为过。

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.

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Cilantro, Celery, Water spinach !


昨晚梦见被涡虫钻进鼻孔里差点吓尿,马上来学习一下⊙﹏⊙


这么神奇的小生物,请问被切割后重新长成的涡虫,哪一个可以算作本体?是以切割单体最大的部分算吗?还是可以看做全部都是本体,克隆出了n个(切割数)自己。

分裂后长成完全体的涡虫,会保留本体的记忆吗(或因为自然环境形成的生活习惯),因为看到有大佬的回答中提到涡虫是有大脑的。

很好奇,借答题楼来扩展下提问


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