Международная группа исследователей, в которую вошли биологи из Мэрилендского университета, обнаружила, что по крайней мере четыре вида морских ленточных червей независимо развили способность отращивать голову после ампутации.
Регенерация ампутированных частей тела встречается редко, но существует во всем мире животных - от саламандр, пауков и морских звезд, которые могут отращивать придатки, до вида ленточного червя, который может регенерировать всего человека из небольшого кусочка ткани.. Но регенеративные способности считались древней чертой, которую некоторым видам удалось сохранить, в то время как большинство других потеряли в процессе эволюции.
Это новое исследование, опубликованное в выпуске Proceedings of the Royal Society B от 6 марта 2019 года, переворачивает это предположение с ног на голову. Изучив 35 видов морских ленточных червей, исследователи обнаружили, что способность регенерировать всю голову, включая мозг, развилась относительно недавно у четырех разных видов.
«Это означает, что когда мы сравниваем группы животных, мы не можем предположить, что сходство в их способности к регенерации является старым и отражает общее происхождение», - сказала Александра Белый, доцент биологии UMD и один из авторов исследования. «Нам нужно быть более осторожными при сравнении результатов регенерации у разных групп животных».
Все животные в той или иной степени обладают регенеративными способностями. Даже у людей восстанавливается поврежденная кожа над раной. Однако линии животных, которые разошлись очень рано в истории эволюции, такие как губки, гидроиды и гребневики, часто способны вырастить целых особей даже из небольших ампутированных частей. По мере того, как животные развивались все более сложно, регенеративные способности становились менее драматичными и распространенными.
Оценка того, где и когда произошли изменения в регенеративных способностях на древе жизни, имеет основополагающее значение для понимания того, как развивается регенерация и какие факторы влияют на эту черту. До сих пор научное понимание того, как развивалась регенерация, основывалось исключительно на исследованиях животных, утративших регенеративные способности. Это потому, что все известные улучшения регенеративных способностей произошли слишком далеко в прошлом для сравнительных исследований.
Это новое исследование представляет наиболее четкую документацию о том, как животные приобретают регенеративные способности, и может пролить свет на характеристики, необходимые для развития этой черты.
Для проведения исследования исследователи собирали ленточных червей вдоль побережья США, Аргентины, Испании и Новой Зеландии с 2012 по 2014 год. Они провели эксперименты по регенерации 22 видов, разделив их пополам спереди назад и наблюдая за их способностью регенерировать. Они также получили информацию о 13 других видах морских ленточных червей из предыдущих исследований.
Все виды смогли восстановить себя до полных индивидуумов, повторно отрастив задние концы. Только восемь видов смогли отрастить себе голову и восстановить целостную особь только из задней части тела. Четыре из них были известны из предыдущих исследований, а четыре были новыми.
Более удивительным, чем количество ленточных червей, которые могли повторно вырастить головы, было то, что большинство из них не могли этого сделать. Исследования ленточных червей Lineus sanguineus, проведенные в 1930-х годах, показали, что они являются чемпионами по регенерации животных со способностью успешно отращивать все тело и голову из эквивалента всего одной двухсоттысячной особи (это все равно, что заново выращивать человека весом 150 фунтов всего из 0,012 унции ткани или примерно 1/16 чайной ложки). Этот пример оседлал весь тип морских ленточных червей (известных как Nemertea) с репутацией суперрегенераторов.
Естественным предположением было то, что это была древняя черта, передавшаяся от общего предка, которую некоторые ленточные черви начали терять по мере дивергенции видов. Тем не менее, изучив 35 видов, исследователи реконструировали эволюционный образец регенерации по всему типу и обнаружили, что эта способность возникла недавно, даже среди суперрегенераторов, таких как Lineus sanguineus..
«Предполагается, что предок этой группы червей не мог регенерировать голову, но четыре отдельные группы впоследствии развили эту способность», - сказал Белый. «Предполагается, что одно из этих мест возникло всего от 10 до 15 миллионов лет назад».
С точки зрения эволюции, это недавняя история, учитывая, что регенеративные способности, как полагают, впервые развились до кембрийского периода, более 500 миллионов лет назад.
Возможности изучения увеличения регенеративных способностей могут значительно улучшить понимание учеными стратегий развития, которые обеспечивают и улучшают регенерацию. Например, некоторые из регенерирующих червей без головы в исследовании прожили месяцы без головы. Это может указывать на возможный предшественник развития способности к регенерации головы, потому что выживание после ампутации, достаточное для регенерации, может быть первым эволюционным шагом..
«Эти виды, у которых недавно развилась регенерация головы, станут отличными моделями для изучения появления новых способностей к регенерации у животных», - сказал Белый. «Теперь мы можем задать такие вопросы, как, например, какие изменения в молекулярных процессах привели к новой способности к регенерации головы».