在一项新发表于《自然·通讯》杂志的研究中,一组研究人员发现,一种淡水螺类——
Pomacea canaliculata的眼睛能实现完全再生。更关键的是,这项研究还展示了福寿螺的眼睛与人类眼睛在解剖结构和基因层面的多处共同之处
我们的身体器官就像一座座精密的工厂,在胚胎发育时期被逐步建造完成。可惜的是,对大多数动物而言,一旦“工厂”搭建完成,就会失去重新再生新生器官的能力。以人类为例,如果失去一个器官,往往是不可逆的。
不过,大自然中总有“例外”。一些动物在特定组织或特定年龄仍然能够保持再生能力;还有一些更为神奇的生物,能从身体残片重新长出完整个体。
在所有器官中,眼睛尤为特殊,它是感知世界的窗口。人类的眼睛可被归类为所谓的照相机型眼,由一个具有保护作用的角膜、一个用于聚焦光线的晶状体、以及一个包含了数百万个光感受器细胞的视网膜组成。它就像一台生物相机,能形成高分辨率的图像。
除了人类之外,这种眼睛存在于所有脊椎动物中,还出现在部分蜘蛛和软体动物身上。但遗憾的是,照相机型眼一旦严重受损,几乎无法修复——就像相机镜头碎了,是无法靠自己“重新长出来”的。
早在1766年,生物学家斯帕兰扎尼(Lazzaro Spallanzani)就记录过一个惊人的现象:被切除头部的庭园蜗牛(
Helix aspersa)能够再生出整个头部。近些年来,也有研究报告指出,一些腹足类动物能够再生其视觉系统。
这些初步发现表明,腹足类或许能成为探索照相机型眼再生的潜在模式生物。但要真正开展分子和遗传学层面的研究,还需要一九游娱乐官方平台种既具备再生能力,又能进行基因组操作的理想实验对象。
因此,在新的研究中,研究人员将目光投向了福寿螺——一种原产南美的淡水腹足类动物,隶属于福寿螺科。它不仅生命力顽强、繁殖力高、能在实验室顺利养殖,而且其基因组已经完成测序,非常适合用于遗传学研究。
更重要的是,福寿螺不仅拥有照相机型眼,还具有惊人的再生能力。因此,研究人员将它确立为一种探索复杂感觉器官再生的理想研究对象。
研究人员系统地描绘了福寿螺的照相机型眼的结构,并观察到它们在眼睛被完全切除后,依然能长出新的完整眼睛!整个过程大约持续28天,经历多个阶段。
首先是创口必须愈合,以防感染和体液流失,这通常需要大约24小时。随后,未特化的细胞在创口区域迁移并增殖,在接下来大约一周半的时间内,这些细胞分化并开始形成晶状体、视网膜等结构。到术后的第15天,包括视神经在内的各项眼部结构出现,但这些结构仍需数周时间继续成熟与增长。
此外,研究团队也分析了再生过程中的基因活性。他们发现,在眼睛被切除的最初阶段,与正常的成年福寿螺眼相比,大约有9,000个基因的表达水平发生变化;28天后,仍有1175个基因维持差异表达。这表明,尽管一个月时外观上已接近完全发育,但彻底成熟可能需要更久。
为更好地理解基因如何调控再生,研究团队创建了基于CRISPR–Cas9的基因编辑技术,思路是定点改变特定基因,然后观察其对个体的影响,从而推断基因组不同部分的功能。
在测试中,他们重点关注了一个关键基因——pax6。已知在人类、小鼠与果蝇中,
pax6基因失去功能,结果显示:这些 福寿螺会在发育中缺失眼结构——它们完全长不出眼睛。这说明,pax6对福寿螺最初的眼睛发育不可或缺
现在,他们正在推进下一步研究:检验pax6是否也参与眼睛的再生。为此,研究人员需在成体福寿螺中关闭或破坏
与此同时,他们还在研究其他与眼睛相关的基因,包括编码晶状体或视网膜等特定结构的基因,以及调控
目前,研究人员还没有直接证据确九游娱乐官方平台认它们能否真正看见。但从解剖学上看,所有成像所需的组件都已具备。研究团队计划设计行为学实验,来验证福寿螺是否能用再生的眼睛像原本一样感知光与图像。
这项研究表明,科学家终于拥有了一个既能完全再生的照相机型眼,又能进行遗传学研究的模式动物,来探索眼睛的再生机制。如果我们能彻底理解福寿螺是如何做到眼睛再生的,那么或许有一天,人类的眼睛损伤也有机会得到逆转。
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