Планариите, които се размножават по полов път, не могат да регенерират наранени или липсващи части на тялото.

Защо толкова малко видове са способни да регенерират увредени или липсващи части на тялото, въпреки че регенерацията може да изглежда очевидно предимство за оцеляване? Изследователи от Института за мултидисциплинарни науки "Макс Планк" в Гьотинген, Германия, и техни колеги сега са намерили възможно обяснение при плоските червеи. Анализирайки способностите за регенериране на главата при голяма колекция от видове планарии, те откриват, че тези способности варират значително и зависят от начина на размножаване на различните видове.

Многоглавото чудовище Хидра е било толкова ужасяващо, защото за всяка отрязана глава му израствали по две нови. Това е само стар мит, но животни, които могат да регенерират части от тялото, съществуват и в реалния свят. Всъщност някои видове планарии са истински майстори на регенерацията. Дори когато са нарязани на много малки парчета, всяко парче регенерира обратно в цялостен червей. Други видове планарии обаче не могат да регенерират липсващи или повредени органи или тъкани.

"Регенерацията изглежда е изключение в животинското царство, въпреки че би трябвало да е голямо предимство за оцеляването. Интересува ни защо толкова много животни, включително и хората, нямат тази способност", обяснява Йохен Ринк (Jochen Rink), директор в Института за мултидисциплинарни науки "Макс Планк".

Най-голямата колекция от планетари в света

Отделът на Ринк поддържа най-голямата в света колекция от планарии с повече от 40 вида. "Благодарение на нашата колекция можем систематично да сравняваме регенеративните способности на видовете при стандартизирани лабораторни условия", обяснява клетъчният биолог. Малките безгръбначни в групата на Ринк идват от цял свят, срещат се в езера, потоци, на сушата и дори в морето и се хранят с по-малките обитатели на различните си екологични ниши.

В най-мащабното сравнително изследване на планарии досега, учените изследват способността на 36 вида планарии да регенерират главите си.

"Открихме три групи", разказва Мигел Вила-Фаре (Miquel Vila-Farré), първи автор на изследването. "Първата група има малка или никаква способност за регенерация, втората има ограничена способност за подмяна на части от тялото, а третата има надеждна регенерация на главата. Тези различия правят еволюционната история на регенерацията на главата при планариите особено интересна."

Придобиване и загуба на регенерация на главата при планариите

След това изследователите реконструират в кой момент от еволюцията различните видове развиват или губят способността си да регенерират главите си. Използвайки анализи на филогенетични дървета въз основа на генетични маркери, те установяват, че еволюцията на регенерацията на главата е неочаквано динамична. 

"Способността за регенериране на органи и тъкани е еволюирала няколко пъти независимо при различните планарии, а някои видове дори са я загубили с течение на времето", разказва Вила-Фаре.

Въпреки това ограничената или липсваща регенеративна способност изглежда се основава на един и същ молекулярен механизъм.

Екипът на Ринк вече е знаел от предишни експерименти, че молекулярните сигнали оказват значително влияние върху способността за регенерация. 

При регенерацията на планариите специфичен сигнален път действа като молекулярен превключвател. Ако така нареченият сигнален път Wnt се включва, започва регенерация на опашката. Когато превключвателят е изключен, винаги се образува глава. Когато учените потискат Wnt пътя при различни видове планарии, способността им да регенерират се подобрява. Дори видовете с ограничена регенерация, като австралийския вид Cura pinguis, успяват да образуват нови структури, подобни на главата.

Регенерация за размножаване

Изследователите показват, че Wnt сигналите играят важна роля и при формирането и поддържането на репродуктивната система. Екипът изследва щамове на планарийния вид Schmidtea mediterranea, които се размножават безполово или полово.

"Планариите, които се размножават безполово, се разделят на две части, които и двете се регенерират. Тези видове разчитат на регенерацията, за да се възпроизвеждат", обяснява Вила-Фаре.

За разлика от тях, видовете с ограничена регенеративна способност се размножават почти изключително полово. Това означава, че те снасят яйца и нямат нужда да регенерират части от тялото си, за да се размножават. Това е в съответствие с констатациите на екипа: сигналният път на Wnt е много по-активен в щамове с полово размножаване  Schmidtea mediterranea.

Учените предполагат, че по-високите нива на Wnt сигнализация насърчават образуването на тестиси и яйчни жълтъци, но за сметка на регенеративната способност, тъй като тя зависи от инхибирането на Wnt пътя.

"Следователно взаимодействието между сигналния път на Wnt и репродуктивната система може да определи придобиването или загубата на регенеративен капацитет при различните видове планарии", посочва Ринк. "Подозираме, че регенеративният капацитет при планариите е еволюирал не с цел "поправяне" на рани, а с цел безполово размножаване чрез делене. Това дава възможно обяснение на причините, поради които в природата са еволюирали планарии със и без способност за регенерация."

Справка: Vila-Farré, M., Rozanski, A., Ivanković, M. et al. Evolutionary dynamics of whole-body regeneration across planarian flatworms. Nat Ecol Evol (2023). https://doi.org/10.1038/s41559-023-02221-7 

Източник: Sexual reproduction suppresses tissue regeneration, Max-Planck-Gesellschaft

Още по темата

16/05/2023

Животът

От стареене към регенерация: Неочакваните ползи от старите "зомби" клетки

15/05/2023

Животът

Подобните на извънземни ктенофори имат невиждана досега нервна система

12/04/2022

Медицина

Разработва се ново регенеративно лекарство, което възстановява слуха (видео)

12/06/2017

Животът

Червей се регенерира в космоса в рядко двуглаво същество