Текст уведомления здесь

Аксолотль и победа над бесконечностью

Седьмая история о фантастических тварях и о том, чему они могут нас научить

Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Они ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Они умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Завидуем. Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни и фамильное наследство на поиски их секретов. Над загадкой чемпиона по регенерации среди позвоночных биологи бьются уже больше полутора столетий. Аксолотли искромсаны вдоль и поперек, но все так же отрешенно глядят на нас из аквариумов и исправно отращивают себе новые ноги, руки и даже глаза. А чем можем похвастаться мы?
Добавить в закладки
Комментарии

Даже если вы никогда не видели аксолотля, вы опознаете его без труда. Это длинное и мясистое туловище с пушистыми жабрами и флегматичными глазами навыкате.  Скорее всего, вы встретите его в какой-нибудь лаборатории, в плену у физиологов или эмбриологов.

Возможно, вам выпадет возможность попробовать его жареным, если окажетесь в Японии, — это потому, что аксолотли даже слишком хорошо размножаются в лабораторных условиях.

И, кажется, вероятность повстречать аксолотля на обеденной тарелке уже выше, чем в живой природе, — его естественный ареал обитания ограничен мексиканским озером Сочимилько, в южной части Мехико, и, по словам ученых, становится все меньше и меньше.

В исчезновении аксолотлей из природы виноваты пластиковое загрязнение и хищные рыбы. А спасают этих ставших редкими животных исключительные способности к восстановлению частей собственного тела. Конечности, кожа, хрусталик, участки мозга — что ни отрежь у аксолотля, все отрастает заново, без шрамов и отличий от оригинала. Если прибавить к этому простоту содержания и активное размножение, станет понятно, почему аксолотль стал любимой игрушкой эмбриологов — это редкий шанс наблюдать за зародышевым развитием отдельных частей тела на взрослом и крупном объекте.

Maslov Dmitry / Фотодом / Shutterstock

Науке известны и другие профессионалы в области регенерации, например головастики или тритоны. Однако аксолотль отличается и от тех и от других. Он представляет собой неотеническую личинку, то есть такую, которая способна размножаться, не превращаясь во взрослую особь. Она не растет и не развивается, застряв на стадии детства. Такая личинки есть у нескольких видов саламандр, так что, строго говоря, аксолотль — это не один вид, а несколько. Но обычно, когда его упоминают, имеют в виду личинку конкретной саламандры, мексиканской амбистомы.

До сих пор неясно, почему именно саламандра останавливается в развитии. Существует гипотеза, что это связано с неблагоприятными условиями среды — личинку проще прокормить, чем взрослое животное. Возможно, дело еще и в дефиците йода в воде. У аксолотлей не производятся йодосодержащие гормоны щитовидной железы в нужном количестве, чтобы запустить метаморфоз. Известно, что можно пересадить аксолотлю участок чужой щитовидной железы, синтезирующей нужные гормоны, и тем самым заставить его повзрослеть. Однако мы так и не знаем, какие именно механизмы блокируют у него выработку гормонов.

Цена бесконечности

Что позволяет аксолотлям играючи отращивать новые конечности и почему млекопитающие так не умеют? На этот вопрос у нас так и нет однозначного ответа, но гипотезы, конечно, есть. Например, коль скоро аксолотль — неотеническая личинка, то есть ближе к зародышу, чем взрослая особь, можно предположить, что регенерация — исключительное свойство зародышей. У некоторых животных это и правда так: взрослая саламандра регенерирует гораздо хуже аксолотля, а головастик после превращения в лягушку вообще ничего уже отрастить себе заново не сможет. Даже среди млекопитающих регенерация встречается на ранних стадиях: известно, что у зародышей мыши (и, возможно, человека тоже) заживают раны на сердце, а у новорожденных могут отрасти заново кончики пальцев.

Однако тритоны — родственники саламандр — отлично отращивают части тела и во взрослом возрасте. Кроме того, гипотеза, высказанная академиком Скулачевым и его коллегами, предлагает считать людей неотеническими обезьянами. В таком случае мы тоже должны были бы регенерировать лучше, чем наши родственники-приматы, что, к сожалению, неправда.

Хронология регенерации конечности аксолотляФото Lapis 2380, Коллаж: Анатолий Лапушко / Chrdk.

Раз не получается найти общую закономерность, которая описывала бы успех регенерации, можно поискать частные. Давайте представим себе, что происходит на месте отрезанной любопытным биологом конечности животного. Сначала из сосудов вытекает кровь. Потом образуется тромб. Дальше развивается воспаление: на поврежденное место ползут иммунные клетки, привлеченные веществами из распавшихся клеток, чтобы убрать мусор и очистить рану от возможных пришельцев извне и паразитов. А там, где скопилось много иммунных клеток, регенерация невозможна, так как от их действий по расчистке территории здоровые клетки страдают не меньше поломанных. Но не у аксолотля: его иммунные клетки настолько мало активны, что он фактически иммунодефицитен. Поэтому в области раны быстро начинают появляться новые клетки. Выходит, что за способность к регенерации надо платить отсутствием иммунитета. А мы, в отличие от наших зародышей, себе этого позволить не можем.

Кстати, наш иммунный ответ настолько мощный, что мы могли бы разучиться заращивать даже простые раны на коже, если бы не невидимые помощники, тормозящие иммунную активность. Это, конечно же, кожные бактерии. «Чердак» уже писал о том, как много событий в нашей жизни зависят от микробов, и заживление ран — еще одно из них. Мыши, лишенные микробов, зарастают кожей хуже, чем обычные животные. И у крыс раны заживают лучше, если на них живет нормальная микрофлора. Можно предположить, что взросление аксолотля и превращение его во взрослую саламандру тоже связано с изменением состава микробов как на поверхности, так и внутри тела. И новоявленные бактерии оказываются против слишком активной регенерации.

Роковая пластичность

Мы отличаемся от аксолотлей тем, как распределяем ресурсы для восстановления частей тела. Давайте снова представим себе рану на месте отрезанной конечности. Чтобы конечность выросла обратно, организму нужен запас активно размножающихся клеток. Аксолотль для этой цели использует сателлитные клетки — покоящиеся клетки скелетных и мышечных тканей, аналог наших стволовых. В результате их размножения на месте раны возникает бластема — бугорок, который растет и одновременно «размечается» под конечность: кости в центре, мышцы по бокам, кожа снаружи. Нам же негде взять достаточное количество стволовых клеток, наших ресурсов хватает только на то, чтобы зарастить разрыв в ткани (например, перелом), но не вырастить ее с нуля.

Можно было бы подойти к проблеме с другой стороны, как делает, например, тритон, и воспользоваться дедифференцировкой. Это процесс, при котором уцелевшие клетки в ткани теряют свою специализацию и возвращаются обратно в стволовое состояние. На самом деле, в отдельных случаях мы делаем так же — когда отращиваем заново волосы или часть стенки кишечника. Но у этого удобного механизма есть и темная сторона. Ровно те же процессы происходят и при опухолевой трансформации клеток — клетки возвращаются в недифференцированное состояние и начинают активно размножаться.

Непростое это дело — быть высокоорганизованным существом. Если хочешь эффективно защищаться от паразитов, то не можешь позволить себе медленную и вдумчивую регенерацию. Если хочешь быть устойчив к раку, не имеешь права на массовую дедифференцировку. Аксолотль и здесь оказался успешнее — он раком практически не болеет, несмотря на подавленный иммунитет. Для активной регенерации он выработал хитрую противораковую защиту. Например, у него лучше работает белок р53 — тот самый, который останавливает деление клеток в ответ на мутации в ДНК. Более того, недавно оказалось, что экстракты яйцеклеток аксолотля могут перепрограммировать опухоли человека, останавливая их деления и возвращая клетки в покоящееся состояние. А это значит, что нам есть еще чему у него поучиться.

Однако окончательной победы над бесконечностью нам едва ли стоит ждать. Ноги, руки и глаза хорошо отрастают только в том случае, если они достаточно просто устроены. Для этого подходит размеренный подводный холоднокровный образ жизни аксолотля. А вот наши теплокровность, активная борьба с паразитами и высшая нервная деятельность с запасами стволовых клеток и подавленным иммунитетом уживаются плохо. Зато они позволяют нам выращивать новые органы в лаборатории, так что в глобальной перспективе мы можем оказаться успешнее даже на регенеративном ринге.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Голый землекоп и секрет вечной молодости

Первый рассказ из серии о фантастических тварях и о том, чему они могут нас научить

Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Они ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Они умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Завидуем. Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни и фамильное наследство на поиски их секретов. Что мешает нам повторить их успех? Встречайте первого из них: невозмутимый, неуязвимый и практически бессмертный — голый землекоп.
Добавить в закладки
Комментарии

Чему здесь завидовать?

Глубина интереса и внимания научного сообщества к голому землекопу не пропорциональна ни его размерам, ни внешней привлекательности, ни распространенности в природе. Это довольно несимпатичный грызун, немногим крупнее мыши, обитающий в подземных ходах в восточной части Африки. Но на удивление живучий. Его не берут ни сердечно-сосудистые заболевания, ни рак, ни даже время — старость в привычном нам понимании у него не наступает (точнее, она наступает очень, очень поздно). Победить землекопа может только другой землекоп, в честном бою.

У нас к землекопу множество вопросов. С одной стороны, почему он не стареет даже на клеточном уровне? Куда делись механизмы старения клеток, общие для большинства млекопитающих? С другой стороны, как он справляется с болезнями, неизбежно сопровождающими старость? Например, распространенная гипотеза предполагает, что старение клеток позволяет предотвратить развитие рака. Землекоп же обходится и без рака, и без старения. Как ему это удается?

«Чердак» собрал уже целый бестиарий фантастических тварей! Среди них есть бессмертные голые землекопы, невидимые наножуки и страшный, заразный рак, истребляющий тасманийских дьяволов. Со всеми ними можно познакомиться в нашей специальной рубрике, которая продолжает пополняться.

[ ... ]
Читать полностью

Тасманийский дьявол и укусы смерти

Третья история о фантастических тварях и том, чему они могут нас научить

Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Они ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Они умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Завидуем. Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни и фамильное наследство на поиски их секретов. Иногда секреты оказываются трагическими. Наших новых героев, тасманийских дьяволов, съедает страшная опухоль — неизлечимая, долгоживущая и заразная. Стоит ли нам тоже опасаться подобных заболеваний и можно ли им противостоять?
Добавить в закладки
Комментарии

Дьявол и его опухоль

Долгими темными ночами жителям Тасмании мешает спать устрашающий вой. Это общаются между собой тасманийские дьяволы — ночные сумчатые млекопитающие размером с собаку, на вид нечто среднее между куницей и волком. Но за последние 20 лет тасманийцы стали спать спокойнее — в некоторых районах вымерло до 90% животных. Всему виной тот, перед кем бессилен даже дьявол, тот, кто подкрадывается неожиданно и действует нечестно. Имя ему — рак.

Крик тасманийского дьявола. Запись: Thelittlemissmocha / The Internet Archive [ ... ]
Читать полностью

Коловратки и 60 миллионов лет без секса

Четвертая история о фантастических тварях и том, чему они могут нас научить

Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Они ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Они умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Завидуем. Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни и фамильное наследство на поиски их секретов. И внезапно обнаруживаем… коловраток — крошечных червячков, обладающих невероятным целомудрием. Подобно амазонкам, в течение миллионов лет они обходятся без самцов. Как им удается преодолеть это искушение? А главное, стоит ли нам брать с них пример?
Добавить в закладки
Комментарии

Знакомьтесь: коловратка

Встреча с коловраткой чаще всего проходит для человека незамеченной. Если только он не вооружен микроскопом: средний размер коловратки — около полумиллиметра. Знакомство осложняется тем, что коловратка прозрачная и живет в воде — почти в любой пресной (особенно в тухлой) и по всему миру. Коловратка легко изменяет свою форму, втягивая и выпячивая голову или ногу, прикрепляясь к поверхности и отрываясь от нее, ползая и плавая. Поэтому в капле воды можно неожиданно для себя увидеть микроскопического ската, мышку или бокал. Но это все она, коловратка.

«Чердак» собрал уже целый бестиарий фантастических тварей! Среди них есть бессмертные голые землекопы, невидимые наножуки и страшный, заразный рак. Их становится все больше — и со всеми ними можно познакомиться в нашей специальной рубрике.

Ближе всего из обитателей школьного учебника биологии к коловратке находятся плоские черви, но и они совсем на нее не похожи. Уникальная особенность коловраток — коловращательный аппарат, который в микроскоп напоминает большие волосатые уши. Но это не уши, а губы, усаженные ресничками. Реснички бьются (от чего губы становятся похожи на бензопилу), создавая водоворот, в который засасывает всю окрестную мелочь — бактерий, водоросли и одноклеточных животных. За губами следует собственно туловище, заканчивающееся ногой — мускулистым выростом, с помощью которого можно прикрепляться и ползать. Вот и все животное. [ ... ]

Читать полностью