闢謠:六角恐龍終生幼態,只為長壽?不,幼態能維持肢體再生力

六角恐龍,白嫩嫩的小胳膊小腿,扁腦袋黑眼睛一字嘴,頭上扎著6根

小紅辮子,長得像人參娃娃一樣討人喜歡。

闢謠:六角恐龍終生幼態,只為長壽?不,幼態能維持肢體再生力

生活在水裡的六角恐龍,既不是魚,也不是恐龍。它的學名叫墨西哥鈍口螈(Ambystoma mexicanum,也叫美西鈍口螈),是蠑螈家的寶寶。兩棲類動物一共分3大家族一家是沒腿的蚓螈,蚓螈長得像大號蚯蚓一樣。一家是有腿沒尾巴的蛙族,青蛙和蟾蜍。還有一家是蠑螈,蠑螈有腿有尾巴,長得像蜥蜴。不同之處在於,蜥蜴有鱗片,而蠑螈像青蛙一樣,皮膚光滑,還裹了一層黏液。中國大鯢,娃娃魚,就是大塊頭的蠑螈。

兩棲動物從水生到陸生的過渡,經歷了一段變態過程。幼兒在水裡用鰓呼吸,成年上岸,完成身體轉變,用肺和皮膚呼吸。變態過程中,我們最熟悉的是蝌蚪變青蛙。蠑螈跟蛙族一樣,幼卵孵化後像蝌蚪一樣長著大腦袋長尾巴,幼體蠑螈跟蝌蚪不同的地方是它的腦袋兩側各支楞出3根小辮子,這是它的外鰓,水中呼吸器。幼體慢慢長大,長出4條腿,褪去外鰓和尾鰭,變換一下皮膚色彩,然後上岸討生活。除了六角恐龍等部分蠑螈外,其他的成年蠑螈都在陸地上生活,繁殖時在水裡產卵。小孩從水到地,重複一次父輩的變態過程,生命輪迴前進。

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六角恐龍,蠑螈家族裡最任性也最有神力的寶寶,一輩子只在水裡做幼童,不變態不上岸。除了能夠永葆童顏外,六角恐龍擁有無人能及的再生能力。胳膊、腿、尾巴,五肢掉了根本不成問題,幾個月就能長回來。連破損的脊椎、心臟、大腦都能長健全。它的再生神力,碾壓所有的脊椎動物,甚至,還帶來了人類重生斷肢的希望。

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幼態性熟

六角的童年,跟其他蠑螈沒有什麼不同。從卵孵化成大頭幼體後,六角逐漸長出四肢,改變皮膚顏色。當其他蠑螈褪去外鰓,爬上陸地時,六角依然保留著它的外鰓和尾鰭,固執地呆在水裡不出來。六角恐龍的名稱來自於它終生保留的6根外鰓。

腦袋兩側的外鰓像毛絨絨的小辮子,上面佈滿羽毛一樣的細絲,這是鰓絲,細密的鰓絲增加鰓的表面積,增強氣體交換能力。每根鰓絲包含一個毛細血管網絡,血管裡的血流方向和水流方向相反,水流流過鰓絲,溶解在水裡的氧氣進入血管,體內的二氧化碳從鰓絲排除。

呆在水裡的六角,身體結構上停止了變態過程,不過它仍在成長,身體越長越大,內在器官也依次發育成熟。性成熟的六角在水裡找伴侶,產卵下崽,一家子都呆在水裡。

有了小寶寶的六角爸爸,除了身形放大很多外,外貌跟小寶寶一樣呆萌可愛。六角一輩子做寶寶的任性生活,在生物學上叫做

幼態性熟(neoteny)。

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圖片右邊白嫩嫩的六角,是人工孵化的品種,野生六角通常是褐色,如同圖片左邊的那位,也同樣呆萌。[頭條-法蘭西is培根-未經授權請勿轉載其他平臺]

肢體再生

長相幼稚的六角,性格卻十分暴躁兇狠,逮誰咬誰。外族的小魚小蝦不用說,看到就要咬一口。就算是本族的兄弟姐妹在一起,一言不合也會動手,一動手就是頭破血流,甚至缺失肢體的重傷。不過,缺胳膊斷腿對六角來說根本不算回事,缺哪兒長哪兒,長全了再繼續打架。

生命是場搏鬥,在飢腸轆轆的同胞兄妹眼中,六角的小胳膊小腿是一頓晚餐,撕咬下來正好填飽自己的肚皮。再生對六角來說,不是超越眾生的神力,而是賴以生存的能力。如果沒有強大的再生能力,缺手斷腳的六角早就消失在歷史塵埃之中了。

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六角的胳膊斷了,流血不多,表皮細胞及時封閉傷口處,然後長出一個名叫“

胚芽”的腫塊。兩個月後,胚芽長成健全的胳膊、手腕和手掌,分出4根細長的手指頭。新胳膊跟原來一模一樣,傷口處連一絲疤痕都看不到。

胚芽是一團未分化的細胞組織,類似於幹細胞。胚芽裡未分化的細胞,被激發分化,生長成表皮、骨骼、肌肉,還有神經組織細胞,最後是完整的胳膊。更加厲害的是,新胳膊掉了以後,還能再長新的。以舊換新,一共能換5次。

六角的再生力越小越強大,在孵化後的28天內,六角還能再生晶狀體,但過了早期的那段時間,晶狀體就不能再生了。家族裡其它蠑螈的再生能力都比不上六角,是不是跟它保持幼態性熟的能力有關係?如果六角跟其他蠑螈一樣,變態上岸的話,會不會失去再生的能力?為了研究這個問題,生物學家人工誘導六角變態為成體。

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成年體六角

上圖是六角恐龍的成年照,褪去6根外鰓的成年六角,像條長了4條腿的肉蟲子,遠遠沒有幼時好看可愛。

在六角生活的水中加入碘,或是直接給六角注射甲狀腺激素,能誘發六角完成變態。美國東北大學團隊,人工誘發一批六角變態為成體,對比同一年齡(孵化後9個月)幼體和成體六角的肢體再生過程。

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上圖是幼體和成體的再生對比。團隊從肘部截斷10只幼體、28只成體六角的前臂,記錄它們肢體再生情況。同齡的幼體比成體再生速度要快,幼體在第22天開始長手指頭,而成體在第32天開始長。到66天時,幼體已經長全了完整的新前臂,成體只完成60%的再生。

成年體的六角,再生能力比幼體降低2倍,再生速度也比幼體要慢,而且還會出現手腕和手指畸形。圖中的幼體長出的是4根纖細的手指,健全的手掌,而成體長出的是3根分支不全的手指,畸形的手掌。

成體除了再生能力比幼態削弱很多以外,壽命也比幼態縮短很多。越長大越退步的六角,還是永遠呆在水裡做寶寶最好。既能擁有青春,享受加長生命,又能一直保持再生力量。問題是六角再生的神力來自何處?

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解密再生力

再生力,生物界自我修復的本領,每個人身上都有。你的手背上劃開一道口子,保持傷口乾淨,幾天就能癒合。骨頭折了,打上石膏固定位置,幾周後連上了。手術切除大半的胃,還能再長出新的組織。

動物界再生力最厲害的首推無脊椎動物

,絲帶蠕蟲掉了腦袋能長出個新頭。海星,切成兩半,長出2只海星。而在脊椎動物界再生能力最強的是六角恐龍,除了肢體以外,它還能再生部分脊椎、大腦、心臟,甚至還有眼睛裡的視網膜和晶狀體。

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再生肢體和簡單的組織器官,其他動物也能做到,但是六角為什麼連複雜的器官都能再生?它的能力早在

150年前就開始被研究。1863年34條野生六角從墨西哥帶到巴黎。之後六角在實驗室裡人工繁殖了無數代,後代從歐洲運到美國,運到世界各地實驗室,現在水族館、寵物店裡看到的六角都是當年34條野生六角的後代。褐色的野生六角蛻變成白色、金色,唯一不變的是斷肢再生的能力。歷經150年的實驗室研究,它再生的秘密只被解開了一小部分。

六角難解之謎,一個主要原因是它的基因組太大了。個頭只有30釐米長的六角,基因組裡有320億個鹼基對,比人類基因組大10倍。維也納分子病理研究所聯合其他團隊,直到2018年才完整破譯了六角的全部遺傳信息。六角的基因組也是迄今為止被測序的最大基因組。

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完成六角基因組測序,意味著可以跟人類的基因組做比對。雖然六角基因組超過人類的10倍,但同為脊椎動物,基因組有很多相似之處,可以互作比對。找到其中不同之處,就能找到人類肢體再生的開關

當你還在胚胎中時,基因指揮細胞生長,長全5根手指頭後,調控基因就關閉了。如果開關不關閉,也許你會長出第6根手指。我們的調控基因在生長完成後永久關閉,而六角的基因開關卻不同。當它失去手指後,調控基因會復活,重新打開開關,調度傷口附近的細胞,驅使它們從靜止狀態進入再生狀態。斷肢處的胚芽塊就像最初胚胎裡的細胞一樣,開始分化生長。

找到了六角的再生基因是哪些,我們可以參照著復活自己已經關閉的調控基因,以後壯士斷腕不再慘烈,斷腕還能重生。前景充滿希望,但再生基因的實際操作卻很困難,到目前為止,東北大學團隊只確認了一種名叫neuregulin-1的分子,它對四肢、肺部和心臟的再生至關重要。找全完整的再生基因,才開了頭,後面還有一段長路。

闢謠:六角恐龍終生幼態,只為長壽?不,幼態能維持肢體再生力

六角,保持永遠長不大的幼態,不僅能享受加長生命,更重要的是,能一直保持幼態時的肢體再生力量。

在世界各地實驗室裡呆了150年的六角恐龍,呆萌外貌下,蘊藏著讓人類肢體再生的寶藏。



1:“The axolotl genome and the evolution of key tissue formation regulators”,Sergej Nowoshilow et al., Nature,2018

2:“Experimentally induced metamorphosis in axolotls reduces regenerative rate and fidelity”, by James R. Monaghan et al., Regeneration, 2014

3:“A developmentally regulated switch from stem cells to dedifferentiation for limb muscle regeneration in newts”,by Hibiki Vincent Tanaka et al., Nature Communications, 2016

4:“Analysis of embryonic development in the unsequenced axolotl: Waves of transcriptomic upheaval and stability, Developmental Biology”, by Peng Jiang et al., Developmental Biology, 2016

:今天更新自然界裡的秘密系列文章,這是第25篇:肢體再生


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