Аксолотль та безмежна здатність до регенераціїMaslov Dmitry / Фотодом / Shutterstock

Вони живуть там, куди доповзе не кожен дипломований біолог. Вони ставлять з ніг на голову наші уявлення про те, як повинен працювати живий організм. Вони вміють те, про що ми можемо тільки мріяти. А ми? Заздримо. Вирушаємо за ними в долини, глибини і трясовини.



Витрачаємо кращі роки життя і фамільний спадок на пошуки їх секретів. Над загадкою чемпіона по регенерації серед хребетних біологи б’ються вже більше півтора століть. Аксолотлі порізані уздовж і поперек, але все так само відчужено дивляться на нас з акваріумів і справно відрощують собі нові ноги, руки і навіть очі. А чим можемо похвалитися ми?

Навіть якщо ви ніколи не бачили аксолотля, ви впізнаєте його без проблем. Це довгий і м’ясистий тулуб з пухнастими зябрами і флегматичними витрішкуватими очима. Швидше за все, ви зустрінете його в якій-небудь лабораторії, в полоні у фізіологів або ембріологів.
Можливо, вам випаде можливість спробувати його смаженим, якщо опинитеся в Японії, – це тому, що аксолотлі навіть занадто добре розмножуються в лабораторних умовах.

І, здається, ймовірність зустріти аксолотля на обідній тарілці вже вища, ніж в живій природі, – його природний ареал проживання обмежений мексиканським озером Сошимілко, в південній частині Мехіко, і, за словами вчених, стає все меншим і меншим.

У зникненні аксолотлів з природи винні пластикове забруднення і хижі риби. А рятують цих ставших рідкісними тваринами виняткові здібності до відновлення частин власного тіла. Кінцівки, шкіра, кришталик, ділянки мозку — що не відріж у аксолотля, все відростає заново, без шрамів і відмінностей від оригіналу. Якщо додати до цього простоту вмісту і активне розмноження, стане зрозуміло, чому аксолотль став улюбленою іграшкою ембріологів — це рідкісний шанс спостерігати за зародковим розвитком окремих частин тіла на дорослому і великому об’єкті.

Науці відомі й інші професіонали в області регенерації, наприклад пуголовки або тритони. Однак аксолотль відрізняється і від тих і від інших. Він являє собою неотенічну личинку, тобто таку, яка здатна розмножуватися, не перетворюючись на дорослу особину. Вона не росте і не розвивається, застрягши на стадії дитинства. Такі личинки є у кількох видів саламандр, так що, строго кажучи, аксолотль — це не один вид, а декілька. Але зазвичай, коли його згадують, мають на увазі личинку конкретної саламандри, мексиканської амбістоми.

До цих пір неясно, чому саме саламандра зупиняється в розвитку. Існує гіпотеза, що це пов’язано з несприятливими умовами середовища — личинку простіше прогодувати, ніж дорослу тварину. Можливо, справа ще й у дефіциті йоду у воді. У аксолотлів не виробляються йодовмісні гормони щитовидної залози в потрібній кількості, щоб запустити метаморфоз. Відомо, що можна пересадити аксолотлю ділянку чужої щитовидної залози, що синтезує необхідні гормони, і тим самим змусити його подорослішати. Однак ми так і не знаємо, які саме механізми блокують у нього вироблення гормонів.

Ціна нескінченності

Що дозволяє аксолотлям граючись відрощувати нові кінцівки і чому ссавці так не вміють? На це питання у нас так і немає однозначної відповіді, але гіпотези, звичайно, є. Наприклад, якщо аксолотль — неотенічна личинка, тобто ближча до зародка, ніж дорослої особини, можна припустити, що регенерація — виняткова властивість зародків.

У деяких тварин це і правда так: доросла саламандра регенерує набагато гірше аксолотля, а пуголовок після перетворення в жабу взагалі нічого вже відростити собі заново не зможе. Навіть серед ссавців регенерація зустрічається на ранніх стадіях: відомо, що у зародків миші (і, можливо, людини теж) гояться рани на серці, а у новонароджених можуть відрости заново кінчики пальців.

Однак тритони — родичі саламандр — відмінно відрощують частини тіла і в дорослому віці. Крім того, гіпотеза, висловлена академіком Скулачовим і його колегами, пропонує вважати людей неотенічними мавпами. В такому випадку ми теж повинні були б регенерувати краще, ніж наші родичі-примати, що, на жаль, неправда.

Аксолотль та безмежна здатність до регенераціїХронологія регенерації кінцівки аксолотля
Фото Lapis 2380, Колаж: Анатолій лапочка / Chrdk.

Раз не виходить знайти загальну закономірність, яка описувала б успіх регенерації, можна пошукати окремі. Давайте уявимо собі, що відбувається на місці відрізаної цікавим біологом кінцівки тварини.

Спочатку з судин витікає кров. Потім утворюється тромб. Далі розвивається запалення: на пошкоджене місце повзуть імунні клітини, притягнені речовинами із зруйнованих клітин, щоб прибрати сміття і очистити рану від можливих прибульців ззовні і паразитів. А там, де зібралося багато імунних клітин, регенерація неможлива, так як від їхніх дій по розчистці території здорові клітини страждають не менше поламаних. Але не у аксолотля: його імунні клітини настільки мало активні, що він фактично імунодефіцитний. Тому в області рани швидко починають з’являтися нові клітини. Виходить, що за здатність до регенерації треба платити відсутністю імунітету. А ми, на відміну від наших зародків, собі цього дозволити не можемо.



До речі, наша імунна відповідь настільки потужна, що ми могли б розучитися відновлювати навіть прості рани на шкірі, якби не невидимі помічники, які гальмують імунну активність. Це, звичайно ж, шкірні бактерії. Вже не раз писалося про те, як багато подій в нашому житті залежить від мікробів, і загоєння ран — ще одна з них. Миші, позбавлені мікробів, заростають шкірою гірше, ніж звичайні тварини. І у пацюків рани заживають краще, якщо на них живе нормальна мікрофлора. Можна припустити, що дорослішання аксолотля і перетворення його на дорослу саламандру теж пов’язане зі зміною складу мікробів як на поверхні, так і всередині тіла. І новоявлені бактерії виявляються проти занадто активної регенерації.

Фатальна пластичність

Ми відрізняємося від аксолотлів тим, як розподіляємо ресурси для відновлення частин тіла. Давайте знову уявімо собі рану на місці відрізаної кінцівки. Щоб кінцівка виросла назад, організму потрібен запас клітин, які активно розмножуються.
Аксолотль для цієї мети використовує сателітні клітини — сплячі клітини скелетних і м’язових тканин, аналог наших стовбурових. В результаті їхнього розмноження на місці рани виникає бластема — горбок, який росте і одночасно «розмічається» під кінцівку: кістки в центрі, м’язи з боків, шкіра зовні. Нам же ніде взяти достатню кількість стовбурових клітин, наших ресурсів вистачає тільки на те, щоб заростити розрив в тканині (наприклад, перелом), але не виростити її з нуля.

Можна було б підійти до проблеми з іншого боку, як робить, наприклад, тритон, і скористатися дедиференціюванням. Це процес, при якому уцілілі клітини в тканині втрачають свою спеціалізацію і повертаються назад в стовбуровий стан. Насправді, в окремих випадках ми робимо так само — коли відрощуємо заново волосся або частину стінки кишечника. Але у цього зручного механізму є і темна сторона. Рівне ті ж процеси відбуваються і при пухлинній трансформації клітин — клітини повертаються в недиференційований стан і починають активно розмножуватися.

Непроста це справа — бути високоорганізованою істотою. Якщо хочеш ефективно захищатися від паразитів, то не можеш дозволити собі повільну і вдумливу регенерацію. Якщо хочеш бути стійкий до раку, не маєш права на масове дедиференціювання. Аксолотль і тут виявився успішнішим — він раком практично не хворіє, не дивлячись на пригнічений імунітет. Для активної регенерації він виробив хитрий протираковий захист. Наприклад, у нього краще працює білок р53 — той самий, який зупиняє поділ клітин у відповідь на мутації в ДНК.

Більш того, недавно виявилося, що екстракти яйцеклітин аксолотля можуть перепрограмувати пухлини людини, зупиняючи їхній поділ і повертаючи клітини в спочиваючий стан. А це означає, що нам є ще чому в нього повчитися.

Однак остаточної перемоги над нескінченністю нам навряд чи варто чекати. Ноги, руки і очі добре відростають тільки в тому випадку, якщо вони досить просто влаштовані. Для цього підходить розмірений підводний холоднокровний образ життя аксолотля. А ось наші теплокровність, активна боротьба з паразитами і вища нервова діяльність з запасами стовбурових клітин і пригніченим імунітетом уживаються погано. Зате вони дозволяють нам вирощувати нові органи в лабораторії, так що в глобальній перспективі ми можемо опинитися успішнішими навіть на регенеративному рингу.

Джерело: https://chrdk.ru

Залишити відповідь