本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
人類沮喪地注意到我們明顯缺乏再生器官、肢體和頭部的能力。但是，有一種動物——我們的近親——不僅可以做到這一點，而且可以在切成兩半後再生身體的整個前半部分：頭部、心臟、中樞神經系統和所有器官。這種動物就是沙蟲（這已經是第三次我寫關於這些卑微但顯然被嚴重低估的動物的文章了，就在最近幾個月內。顯然，它們需要一個更好的公關團隊）。
不相信我？這是一個延時影片，展示了其中一隻在短短兩週內完成這一驚人壯舉。
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再生的影像播放得有點快——嘗試暫停並重新啟動影片以減慢速度。
好吧，您可能會承認，這很酷的派對技巧。但我們為什麼要關心呢？因為這些無脊椎動物幾乎與脊索動物一樣接近——一種像我們一樣擁有背側脊髓的動物——但又不是脊索動物。它們像我們一樣，沿著背部生長出一根空心的神經管。因此，它們使用許多與我們用來發育大腦相同的發育基因來生長它們的頭部、“大腦”和身體。
這些共同的基因意味著，瞭解它們如何在短短兩週內從頭開始再生整個上半身和中樞神經系統，可能有助於開啟大門，從而為患有腦和脊髓損傷、痴呆症、癱瘓和截肢的人們帶來徹底更好的治療方法。 但是我應該強調，這些科學家並不是在暗示人類可以再生整個頭部。他們是在暗示我們或許能夠再生我們大腦、中樞神經系統，甚至可能是身體中已經受損或丟失的部分。如果能夠實現，這顯然可以幫助很多人。但這可能不會實現。
再生，也許令人驚訝的是，在動物中並不罕見。“在神話、科幻小說甚至恐怖電影中廣為流傳，缺失和受損組織的再生在動物王國中是一個普遍的現實，”作者寫道。不幸的是，這種現實不包括我們。然而，幾乎每個門的動物都包含至少一些能夠再生的物種。海星和其他棘皮動物如果被切成碎片，可以著名地再生身體的大部分。即使在脊索動物和脊椎動物中，再生也很常見。文昌魚、海鞘（海樽）、青蛙、魚類和蠑螈都可以在不同程度上再生身體的各個部分。魚類和兩棲動物甚至可以再生其中樞神經系統的部分。
然而，對於科學家來說不幸的是，能夠再生的脊椎動物也由於不相關的原因，使其基因組被複制了不止一次。這使得為了研究再生而對其基因進行改造變得更加困難。通常，科學家會增強產生、抑制或敲除一個基因——實際上是破壞它——來研究這種改造的效果告訴我們關於正常版本的作用。但是，由於脊椎動物中有如此多不同版本的相同基因需要處理，因此通常的策略是不切實際的。無脊椎動物的基因組，如沙蟲的基因組，沒有複製問題。
當然，這種看似神奇的能力存在於一群與我們自身如此密切相關的動物中，這引發了一個更基本的問題：再生能力何時進化出來的？它是最早的動物擁有的並傳遞給其後代的，還是在許多不同的動物群體中多次進化出來的能力？最早進化的活體動物，如海綿、水母、珊瑚和櫛水母，都具有強大的再生能力，這表明前者是正確的。
這很重要，因為如果再生確實是第一批動物中存在的一種特徵，並且在像我們這樣的群體失去這種能力之前持續了很長時間，那麼作者說，人類可能仍然保留著許多或全部控制它的基因開關，但它們不知何故被停用了。我們或許可以利用從研究像沙蟲這樣的動物中獲得的見解來重新啟用我們體內的這些再生分子通路，而沙蟲的基因網路仍然在運作。
為了這個目的，科學家們選擇研究沙蟲Ptychodera flava，您在上面見證了它的再生。然而，在科學家開始破壞蠕蟲的基因以瞭解它們的作用之前，他們需要知道正常的蠕蟲再生是什麼樣的。9月份發表在期刊《發育動力學》上的一項新研究闡述了沙蟲再生的正常過程。
沙蟲，正如我在十月份寫道的那樣，由一個吻突組成，吻突位於附著在尾部的領環中。嘴在領環內部，吻突被蠕蟲用來在它覓食的泥土或沙子中蠕動。
該實驗採用了一種簡單但激烈的干預措施：將蠕蟲切成兩半。倖存的半截肢體以驚人的速度從這種嚴重的損傷中恢復過來——尤其是倒黴的後半部分。在後半部分，傷口在兩天內封閉並癒合。一個稱為再生胚基的小圓形結構體在切開後 3 天內形成。細胞在那裡積聚和組裝，在切開後 5 天形成一個基本的頭部。四到五天後，嘴巴形成並張開。沙蟲實際上可以在切成兩半後僅五天就開始再次進食！血管也迅速再生。這是有道理的：獲得燃料並將燃料與氧氣一起分配到生長中的、能量需求高的組織對於再生至關重要。
然後，蠕蟲再生了頭部、領環、心臟、神經系統和上半軀幹的所有結構，從前到後依次進行。僅僅兩週後，您就擁有了一條閃亮的新沙蟲，而之前那裡只有一個非常不起眼的末端。
當科學家們仔細檢查再生序列時，他們還做了一個有趣的發現：蠕蟲作為胚胎和幼體發育的方式與它們在嚴重損傷後再生方式之間存在差異。細微的差異，但這些差異仍然表明可能存在一個單獨的再生程式在運作。
一個尚未解決的難題仍然存在：遷移到再生胚基的細胞來自哪裡？它們是始終存在於蠕蟲體內的真正幹細胞嗎？幹細胞是未分化的細胞，可以無限分裂或產生任何其他組織型別的細胞。在成年人中，它們存在於骨髓、脂肪和血液中。或者這些構建細胞是前體細胞，它們已被去程式化並恢復到幹細胞樣狀態，以便它們可以在再生組織中被分配新的角色？
一個線索來自再生過程中形成的第一個鰓裂（所有原始鰓都透過將蠕蟲切成兩半而去除）。靠近吻突的部分是白色的，而靠近預製蠕蟲的部分則像蠕蟲原始身體的其餘部分一樣帶有色素。這表明前端是由新細胞產生的，而後端是由從已溶解的舊組織中回收並重新分配細胞的細胞構建而成的。
人類細胞通常無法在被分配組織型別後脫落其身份。科學家們說，如果沙蟲可以做到這一點，我們或許也能夠類似地重塑我們自己的組織。這些確實是神奇的超能力。但值得記住的是，如果我們獲得了我所描述的任何或所有能力，那將不是因為黃色的太陽或放射性蜘蛛咬傷，而是因為一條醜陋、卑微但迷人的小蠕蟲，它默默地在海底泥中挖掘著。
參考文獻