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在一項新發(fā)表于《自然·通訊》雜志的研究中,一組研究人員發(fā)現(xiàn),一種淡水螺類——福壽螺(
Pomacea canaliculata的眼睛能實現(xiàn)完全再生。更關(guān)鍵的是,這項研究還展示了福壽螺的眼睛與人類眼睛在解剖結(jié)構(gòu)和基因?qū)用娴亩嗵幑餐?/strong>
器官再生
我們的身體器官就像一座座精密的工廠,在胚胎發(fā)育時期被逐步建造完成。可惜的是,對大多數(shù)動物而言,一旦“工廠”搭建完成,就會失去重新再生新生器官的能力。以人類為例,如果失去一個器官,往往是不可逆的。
不過,大自然中總有“例外”。一些動物在特定組織或特定年齡仍然能夠保持再生能力;還有一些更為神奇的生物,能從身體殘片重新長出完整個體。
在所有器官中,眼睛尤為特殊,它是感知世界的窗口。人類的眼睛可被歸類為所謂的照相機型眼,由一個具有保護(hù)作用的角膜、一個用于聚焦光線的晶狀體、以及一個包含了數(shù)百萬個光感受器細(xì)胞的視網(wǎng)膜組成。它就像一臺生物相機,能形成高分辨率的圖像。
除了人類之外,這種眼睛存在于所有脊椎動物中,還出現(xiàn)在部分蜘蛛和軟體動物身上。但遺憾的是,照相機型眼一旦嚴(yán)重受損,幾乎無法修復(fù)——就像相機鏡頭碎了,是無法靠自己“重新長出來”的。
一種非凡的蝸牛
早在1766年,生物學(xué)家斯帕蘭扎尼(Lazzaro Spallanzani)就記錄過一個驚人的現(xiàn)象:被切除頭部的庭園蝸牛(
Helix aspersa)能夠再生出整個頭部。近些年來,也有研究報告指出,一些腹足類動物能夠再生其視覺系統(tǒng)。
這些初步發(fā)現(xiàn)表明,腹足類或許能成為探索照相機型眼再生的潛在模式生物。但要真正開展分子和遺傳學(xué)層面的研究,還需要一種既具備再生能力,又能進(jìn)行基因組操作的理想實驗對象。
因此,在新的研究中,研究人員將目光投向了福壽螺——一種原產(chǎn)南美的淡水腹足類動物,隸屬于福壽螺科。它不僅生命力頑強、繁殖力高、能在實驗室順利養(yǎng)殖,而且其基因組已經(jīng)完成測序,非常適合用于遺傳學(xué)研究。
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福壽螺。(圖/Accorsi et al. via Stowers Institute)
更重要的是,福壽螺不僅擁有照相機型眼,還具有驚人的再生能力。因此,研究人員將它確立為一種探索復(fù)雜感覺器官再生的理想研究對象。
眼睛如何再生?
研究人員系統(tǒng)地描繪了福壽螺的照相機型眼的結(jié)構(gòu),并觀察到它們在眼睛被完全切除后,依然能長出新的完整眼睛!整個過程大約持續(xù)28天,經(jīng)歷多個階段。
首先是創(chuàng)口必須愈合,以防感染和體液流失,這通常需要大約24小時。隨后,未特化的細(xì)胞在創(chuàng)口區(qū)域遷移并增殖,在接下來大約一周半的時間內(nèi),這些細(xì)胞分化并開始形成晶狀體、視網(wǎng)膜等結(jié)構(gòu)。到術(shù)后的第15天,包括視神經(jīng)在內(nèi)的各項眼部結(jié)構(gòu)出現(xiàn),但這些結(jié)構(gòu)仍需數(shù)周時間繼續(xù)成熟與增長。
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(圖/Accorsi et al. via Stowers Institute)
此外,研究團(tuán)隊也分析了再生過程中的基因活性。他們發(fā)現(xiàn),在眼睛被切除的最初階段,與正常的成年福壽螺眼相比,大約有9,000個基因的表達(dá)水平發(fā)生變化;28天后,仍有1175個基因維持差異表達(dá)。這表明,盡管一個月時外觀上已接近完全發(fā)育,但徹底成熟可能需要更久。
背后的基因秘密
為更好地理解基因如何調(diào)控再生,研究團(tuán)隊創(chuàng)建了基于CRISPR–Cas9的基因編輯技術(shù),思路是定點改變特定基因,然后觀察其對個體的影響,從而推斷基因組不同部分的功能。
在測試中,他們重點關(guān)注了一個關(guān)鍵基因——pax6。已知在人類、小鼠與果蠅中,
pax6主導(dǎo)著腦與眼的發(fā)育與建構(gòu)。
研究人員讓福壽螺胚胎中的
pax6基因失去功能,結(jié)果顯示:這些 福壽螺會在發(fā)育中缺失眼結(jié)構(gòu)——它們完全長不出眼睛。這說明,pax6對福壽螺最初的眼睛發(fā)育不可或缺
現(xiàn)在,他們正在推進(jìn)下一步研究:檢驗pax6是否也參與眼睛的再生。為此,研究人員需在成體福壽螺中關(guān)閉或破壞
pax6的功能 ,以檢測它們的其再生能力。
與此同時,他們還在研究其他與眼睛相關(guān)的基因,包括編碼晶狀體或視網(wǎng)膜等特定結(jié)構(gòu)的基因,以及調(diào)控
pax6的 基因。
或許能借鑒給人類
一個有趣的問題是:新長出的眼睛真的能“看見”嗎?
目前,研究人員還沒有直接證據(jù)確認(rèn)它們能否真正看見。但從解剖學(xué)上看,所有成像所需的組件都已具備。研究團(tuán)隊計劃設(shè)計行為學(xué)實驗,來驗證福壽螺是否能用再生的眼睛像原本一樣感知光與圖像。
這項研究表明,科學(xué)家終于擁有了一個既能完全再生的照相機型眼,又能進(jìn)行遺傳學(xué)研究的模式動物,來探索眼睛的再生機制。如果我們能徹底理解福壽螺是如何做到眼睛再生的,那么或許有一天,人類的眼睛損傷也有機會得到逆轉(zhuǎn)。
#參考來源:
https://www.nature.com/articles/s41467-025-61681-6
https://www.stowers.org/news/seeing-with-fresh-eyes-snails-as-a-system-for-studying-sight-restoration
https://www.ucdavis.edu/news/snails-eyes-grow-back-could-they-help-humans-do-same
#圖片來源:
封面圖&首圖:Accorsi et al. via Stowers Institute
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