Регенерация — не только яркая деталь физиологии некоторых супергероев, но и удивительная способность, встречающаяся у многих животных и человека. Кандидат биологических наук, научный сотрудник Федерального исследовательского центра Институт цитологии и генетики СО РАН Алексей Дорошков не исключает — возможно, уже в ближайшие десятилетия ученые смогут использовать ее для конструирования улучшенных организмов.
Все мы знакомы с регенерацией с детства и не раз наблюдали ее на примере наших собственных ранок и ссадин. Мелкие царапинки заживают так, что их не видно, а в случае серьезных повреждений организму необходимо заменить тип ткани и сформировать рубец. В таких ситуациях происходит быстрое деление клеток, образующих шов, лишь бы заделать повреждение. Подобные процессы возможны и внутри организма. Например, в случае восстановления участка печени происходит создание новой структуры — морфогенез.
Что же необходимо живому телу для регенерации? Нужен запас стволовых, то есть, неспециализированных клеток, которые затем могут по мере надобности формировать участки утраченных покровов или даже новые органы. У большинства растений эти единицы строения производят особые ткани — меристемы. В природе мы наблюдаем процесс морфогенеза постоянно — например, когда на дереве вырастают новые листья.
У животных же восстановительные процессы развиты неравномерно. Например, у планарий они близки к совершенству. Если разрезать этого плоского червя пополам, то вскоре у нас будет два самостоятельных организма. Такой же эффект наблюдается у гребневиков — морских обитателей, чьи тела состоят из желеобразной массы. Заново выращивать утраченные конечности умеют некоторые ракообразные и неотенические личинки — аксолотли (личинки хвостатых земноводных рода амбистом, которые приобретают способность к размножению, не став взрослыми особями).
Не всегда простой с виду организм может легко регенерировать после травм. Так, нематода не умеет заново выращивать более-менее крупные фрагменты тела из-за высокой специализации своих клеток. По этой же причине, а так же из-за короткого жизненного цикла поврежденные части не могут восстанавливать насекомые. При этом способность к воссозданию всего тела может быть утеряна в результате эволюции — так произошло у ланцетников. Млекопитающие же неплохо воспроизводят отдельные структуры — например, уже упоминавшиеся участки печени. В целом, позвоночным также трудно восстанавливать значимые травмы — скажем, потерю конечностей, ведь их всего четыре и каждая представляет собой сложную структуру, состоящую из целого комплекса тканей.
Пока что ученые разбираются, почему регенерация практически не развита у птиц — предполагают, что это каким-то образом связано со способностью летать, поскольку такая же ситуация наблюдается у летучих мышей. При этом у ближайших родственников пернатых — рептилий — есть множество примеров восстановления крупных структур, включая хвосты. А у саламандр, к примеру, наблюдаются даже аномалии морфогенеза — так, при неполном ранении кисти могут восстановиться пальцы вдобавок к уже существующим.
Если организм состоит из множества клеточных типов и структурных компонентов, то для того, чтобы запустить регенерацию, ему нужно постоянно поддерживать активный механизм онтогенеза и тратить на это много времени и энергии. Все это приводит к замедлению роста, воспроизводства и других функций, а соответственно, животное, которому нужно восстановить утраченные части тела, подвергается большой опасности, пока процесс не завершится. Именно потому мало живущие и продуктивные организмы — нематоды или насекомые — практически не умеют заново создавать поврежденные ткани. Ученые предполагают, что потерянную в процессе развития вида способность к регенерации сложно обрести вновь.
— Появление сложных механизмов, ставящих под угрозу сам организм во время его восстановления, должно компенсироваться огромной эволюционной выгодой, — считает Алексей Дорошков. — Даже если раненый зверь имеет способность к регенерации и принадлежит к числу животных, которые на время смогут хотя бы частично исключить его из своего общества, он находится в большой опасности. Энергозатраты в промежуточных стадиях морфогенеза очень важны, так как частично воссозданные структуры необходимо беречь от повреждений. Всегда есть опасность, что копия получится хуже оригинала, и созданные заново ткани будут только мешать.
Алексей Дорошков не исключает: в ближайшие десятилетия ученые смогут конструировать организмы по заданным характеристикам так, чтобы восстановленная или заново созданная часть тела была лучше, чем прежняя. Пока что ученые намерены экспериментировать с морфогенезом — как утверждают специалисты, при намеренном изменении его механизма у позвоночных возможно вырастить третью пару конечностей. Параллельно наука делает первые шаги по восстановлению давно утраченных животными способностей. В частности, исследователям удалось образовать зубы у куриного эмбриона, хотя птицы потеряли их больше ста миллионов лет назад, а у рыб получили зачатки рук с пальцами.
Павел Красин
Фото: (1) — автора, (анонс, 2) — из открытых источников
