100 знаменитых загадок природы
Шрифт:
Регенерация утраченных органов у животных – тайна, издревле волнующая ученых. До последнего времени считалось, что этим великолепным свойством наделены только низшие виды живых существ: ящерица отращивает оторванный хвост, некоторых червей можно разрубить на мелкие куски, и каждый вырастет в целого червя – примеров множество. Но ведь эволюция живого мира шла от низших организмов ко все более высокоорганизованным, так почему на каком-то ее этапе это свойство пропало? И пропало ли?
Лернейская гидра, Медуза Горгона или наш трехглавый Змей Горыныч, у которого Иван-царевич без устали рубил «самовосстанавливающиеся» головы, – персонажи хотя и мифические, но явно состоящие в «родственных отношениях» с вполне реальными существами. К ним, например, относятся тритоны – разновидность хвостатых амфибий, которые по праву считаются одними из самых древних животных на Земле. Их удивительной особенностью является способность к регенерации – отращиванию поврежденных или потерянных хвостов, лап, челюстей. Более того, у них восстанавливаются и поврежденное сердце, и глазные ткани, и спинной мозг. По этой причине они незаменимы для лабораторных исследований, да и в космос тритонов отправляют не реже, чем собак и обезьян. Этими же свойствами обладают и многие другие существа.
Так, рыбкам данио рерио черно-белого окраса, длиной всего в 2–3 см, свойственно регенерировать части плавников, глаза и даже восстановить клетки собственного сердца, вырезанные хирургами в процессе опытов по регенерации. Это можно сказать и о других видах рыб. Классическими примерами регенерации стали ящерицы и головастики, восстанавливающие потерянный хвост; раки и крабы, отращивающие утраченные клешни; улитки, способные вырастить новые «рожки» с глазами; саламандры, у которых происходит естественная замена ампутированной лапки; морские звезды, регенерирующие свои оторванные лучи. Кстати, из такого вот оторванного луча, как из черенка, может развиться новое животное. Но чемпионом регенерации стал червь плосковик, или планария. Если его перерезать пополам, то на одной половинке тела вырастает недостающая голова, а на другой – хвост, то есть образуются две совершенно самостоятельные жизнеспособные особи. А возможно появление совершенно необыкновенной, двухголовой и двухвостой планарии. Такое произойдет, если на переднем и заднем концах сделать продольные надрезы и не давать им срастаться. Даже из 1/280 части тела этого червя получится новое животное!
Люди долго наблюдали за братьями нашими меньшими и, чего греха таить, втайне завидовали. А ученые перешли от бесплодных наблюдений к анализу и попытались выявить законы этого «самоисцеления» и «самовосстановления» животных.
Первым попытался внести научную ясность в это явление французский естествоиспытатель Рене Антуан Реомюр. Именно он ввел в науку термин «регенерация» – восстановление утраченной части тела с ее структурой (от лат. re – «снова» и generatio – «возникновение») – и провел ряд опытов. Его работа о регенерации ног у рака была напечатана в 1712 году. Увы, коллеги не обратили на нее внимания, и Реомюр оставил эти исследования.
Лишь спустя 28 лет швейцарский натуралист Абраам Трамбле продолжил опыты по регенерации. Существо, на котором он экспериментировал, на тот момент не имело даже собственного имени. Более того, ученые еще не знали, животное это или растение. Полый стебелек с щупальцами, задним концом прикрепляющийся к стеклу аквариума или к водным растениям, оказался хищником, к тому же весьма удивительным. В опытах исследователя отдельные фрагменты тела маленького хищника превращались в самостоятельные особи – явление, известное до тех пор лишь в растительном мире. А животное продолжало удивлять естествоиспытателя: на месте продольных разрезов на переднем конце тельца, сделанных ученым, оно отращивало новые щупальца, превращаясь в «многоголовое чудовище», миниатюрную мифическую гидру, с которой, по мнению древних греков, сражался Геракл. Неудивительно, что и лабораторное животное получило то же имя. Но исследуемая гидра обладала еще более чудесными особенностями, чем ее лернейская тезка. Она дорастала до целой даже из 1/200 части своего односантиметрового тела!
Реальность превосходила сказки! Но факты, которые известны сегодня каждому школьнику, в 1743 году опубликованные в «Трудах Лондонского Королевского общества», ученому миру показались неправдоподобными. И тогда Трамбле поддержал к этому времени уже авторитетный Реомюр, подтвердив достоверность его исследований. «Скандальная» тема сразу же привлекла внимание многих ученых. И вскоре список животных со способностями к регенерации оказался довольно внушительным. Правда, долгое время считалось, что только низшие живые организмы обладают механизмом самообновления. Затем ученые обнаружили, что птицы способны отращивать клювы, а молодые мыши и крысы – хвосты. Даже у млекопитающих и человека есть ткани с большими возможностями в данной области – регулярно меняют шерсть многие животные, обновляются чешуйки человеческого эпидермиса, отрастают остриженные волосы и сбритые бороды.
Человек – существо не только чрезвычайно любознательное, но и страстно желающее любое знание использовать себе во благо. Поэтому вполне понятно, что на определенном этапе исследования загадок регенерации возник вопрос: а почему это происходит и нельзя ли вызывать регенерацию искусственно? И почему высшие млекопитающие почти утратили эту способность?
Во-первых, специалисты отметили, что регенерация тесно связана с возрастом животного. Чем оно моложе, тем легче и быстрее исправляются повреждения. У головастика недостающий хвост запросто отрастает, а вот утрата старой лягушкой лапки делает ее инвалидом. Ученые исследовали физиологические отличия, и стал понятен способ, применяемый земноводными для «саморемонта»: оказалось, что на ранних стадиях развития клетки будущего существа незрелы, и направление их развития вполне может измениться. Например, эксперименты над эмбрионами лягушек показали, что когда эмбрион имеет всего лишь нескольких сотен клеток, из него можно вырезать часть ткани, которой уготована участь стать шкурой, и поместить в область мозга. И эта ткань… станет частью мозга! Если же подобная операция производится с более зрелым эмбрионом, то из клеток кожи все равно развивается кожа – прямо посреди мозга. Потому ученые сделали вывод, что судьба этих клеток уже предопределена. И если для клеток большинства высших организмов обратной дороги нет, то клетки земноводных умеют обратить время вспять и вернуться к тому моменту, когда предназначение могло измениться.
Что же это за изумительное вещество, позволяющее земноводным «самовосстанавливаться»? Ученые обнаружили, что если тритон или саламандра потеряют лапку, то на поврежденном участке тела клетки костей, шкуры и крови теряют отличительные признаки. Все вторично «новорожденные» клетки, которые называют бластемой, начинает усиленно делиться. И в соответствии с нуждами организма становятся клетками костей, шкуры, крови… чтобы стать в конце новой лапой. А если в момент «саморемонта» подключить третиноиновую кислоту (кислота витамина А), то это так сильно подхлестывает регенеративные способности у лягушек, что они отращивают три ноги вместо одной утраченной.
Долгое время оставалось загадкой, почему программа регенерации оказалась подавленной у теплокровных. Объяснений может быть несколько. Первое сводится к тому, что у теплокровных несколько иные приоритеты к выживанию, нежели у холоднокровных. Рубцевание ран стало важнее тотальной регенерации, поскольку снижало шансы фатального истекания кровью при ранении и занесения смертоносной инфекции. Но может быть и другое объяснение, куда более мрачное – рак, то есть быстрое восстановление обширного участка поврежденной ткани – подразумевает возникновение одинаковых быстро делящихся клеток в определенном месте. Именно это наблюдается при возникновении и росте злокачественной опухоли. Поэтому ученые полагают, что для организма стало жизненно важным уничтожать быстро делящиеся клетки, а следовательно, возможности к быстрой регенерации оказались подавленными.
Доктор биологических наук Петр Гаряев, академик Российской академии медико-технических наук, утверждает: «Она (регенерация) не пропала, просто высшие животные, в том числе и человек, оказались более защищенными от внешних воздействий и полная регенерация стала не так уж нужной. В какой-то мере она сохранилась: заживают раны, порезы, восстанавливается ободранная кожа, растут волосы, частично регенерирует печень». Но оторванная рука у нас уже не вырастает, как не вырастают и внутренние органы взамен переставших функционировать. Природа просто забыла, как это делается. Просто надо ей об этом напомнить.