Hvis du skærer benet af en salamander, vokser det tilbage. Mennesker kan imidlertid ikke styre tricket. Årsagerne er langt fra enkle, og er til en vis grad stadig et mysterium.
"Vi regenererer faktisk rigtig godt; vores epidermis, for eksempel," fortalte David Gardiner, professor i udviklings- og cellebiologi ved University of California, Irvine, til Live Science med henvisning til det øverste hudlag. "Vores tarmforing, vi kan regenerere bits og stykker. Men vi regenererer ikke disse mere komplekse strukturer."
Gardiner har studeret salamander-regenerering i årtier og søgt supermagtens underliggende mekanisme. Menneskelig regenerering, sagde han, er sandsynligvis stadig i fremtiden, men ikke for langt væk - det er muligt, at en af hans nuværende kandidatstuderende eller postdoktoriske forskere vil knække det, og lemmeregenerering vil være en del af det medicinske værktøjssæt.
Det skyldes, at det i teorien burde være muligt at vokse tilbage på en menneskelig lem. I huden, for eksempel hvis udskæringerne ikke er dybe, vil der ikke være ardannelse på grund af den helingsproces, der regenererer hudceller. Det er også muligt for mennesker at regenerere fingerspidserne, hvis cellerne under fingerneglerne stadig er intakte. Knogler strikkes sammen, hvis du sætter dig sammen med stykkerne, f.eks. Med en skrue eller en støbning. Menneskelige lever kan også vokse for at udfylde rummet og genopbygge noget af den struktur, der blev beskadiget.
Dyrkning af en hel lem
Men lemmeregenerering (af den slags salamandere gør) er mere end blot at udskifte væv. For at et lem skal regenerere har du brug for knogler, muskler, blodkar og nerver. Der er voksne stamceller, en slags udifferentieret celle, der kan blive specialiseret, der regenererer muskler, men de ser ikke ud til at aktivere. "Du kan regenerere blodkar og endda nerver," sagde Gardiner. "Men hele armen kan ikke."
Stéphane Roy, direktør for laboratoriet for vævsregenerering i hvirveldyr ved University of Montreal, bemærkede, at hud, lever og knogler ikke regenererer i samme forstand, at salamandere gør det.
"Mennesker kan kun erstatte det overfladiske lag af huden (som faktisk er en kontinuerlig proces, der kaldes homeostase)," sagde han i en e-mail. "Det meste af støvet i et hus er døde hudceller, som vi har mistet."
”Leveren er også meget anderledes end lemmeregenerering i salamandere,” sagde Roy. "Lever regenerering er virkelig kompenserende hyperplasi, hvilket betyder, at hvad der er tilbage vil vokse i størrelse for at kompensere for det, der går tabt." Så levervævet, der er der, vil vokse sig større, men hvis hele leveren blev mistet, kunne det ikke regenereres.
"Det, der er gået tabt, vil ikke vokse igen, og du kan derfor ikke amputere leveren i modsætning til lemmer i en salamander, som kan amputeres flere gange, og hver gang en ny lem gen regenereres."
Mennesker har evnen til at regenerere
Gardiner sagde imidlertid, at mennesker bygger hele organsystemer i livmoderen; ud fra nogle genetiske oplysninger udvikler et menneskeligt embryo sig til en komplet person på ni måneder. Så der er en begrænset evne til at vokse tilbage på ting, og det giver evolutionær mening - mennesker skal være i stand til at heles, sagde han.
Dertil kommer, at den underliggende genetiske maskine i et menneske og en salamander ikke er så forskellig, selvom vores sidste fælles forfader divergerede i Devon-perioden for ca. 360 millioner år siden. "Der er ingen specielle gener til regenerering," sagde Gardiner. "Der er disse trin, de går igennem, og mindst et af disse trin fungerer ikke hos mennesker."
For at vokse tilbage et lem er cellerne nødt til at vide, hvor de er - er de helt til spidsen af et lem ved fingrene, eller er de ved albueleddet? - og de er nødt til at bygge de rigtige strukturer i den rigtige rækkefølge. Salamandere har visse gener, der er "slukket" hos mennesker, sagde Gardiner. Disse gener muliggør muligvis regenerering eller i det mindste hjælper med at kontrollere processen. Noget i menneskers evolutionære fortid valgt mod at udtrykke disse gener, som salamandere gør. Ingen ved, hvad det var, sagde han.
I 2013 kan en australsk videnskabsmand, James Godwin, ved Monash University have løst en del af dette mysterium. Han fandt ud af, at celler, kaldet makrofager, ser ud til at forhindre ophobning af arvæv i salamandere. Makrofager findes i andre dyr, inklusive mennesker, og er en del af immunsystemet. Deres funktion er at stoppe infektioner og forårsage betændelse, hvilket er signalet til resten af kroppen om, at reparation er nødvendig. Salamandere, der manglede makrofager, regenererede ikke deres lemmer og dannede i stedet ar.
Gardiner sagde, at Godwins arbejde var et skridt mod at forstå foryngelse af lemmerne. Almindeligvis udvikler salamandere slet ikke væv. Når et menneske river en muskel eller får et dybt nok skæring, beskadigende bindevæv, dannes arvæv. Dette arvæv tilbyder ikke den samme funktionalitet som de originale ting.
"Hvis jeg kunne få en salamander til ar, ville det virkelig være noget," sagde Gardiner, fordi det ville kaste lys over den mekanisme, der gør mennesker ude af stand til at vokse tilbage en lem eller et organ. Så makrofager er muligvis en del af historien, men ikke det hele.
Neotony og lemmer regenerering
Evnen til at "forblive ung" kan muligvis tilføje en ny indsigt i mysteriet om lemmeregenerering. Mexicanske salamandere, kaldet axolotls, eller Ambystoma mexicanum, er neoteniske, hvilket betyder, at de bevarer unge funktioner i voksen alder. Dette er grunden til, at aksolotler bevarer gællerne, når de modnes, mens andre salamanderarter ikke gør det.
Mennesker har også neoteny, hvilket er grunden til, at voksne ligner vores baby selv, end tilfældet er med andre primater, og hvorfor vi tager længere tid til at modnes end, som chimpanse gør. Der er måske nogen forbindelse med neoteny og regenerering. Gardiner bemærker, at yngre mennesker synes bedre i stand til at heles end ældre.
Derudover fandt forskere ved Harvard Medical School, at et gen kaldet Lin28a, som er aktivt i umodne dyr (og mennesker), men lukker ned med modenhed, har en hånd i at gøre det muligt for mus at regenerere væv - eller i det mindste genvinde spidserne af deres tæer og ører. Når dyrene var mere end 5 uger gamle, var de ikke i stand til at vokse tilbage på disse dele, selv når Lin28a-funktionen blev stimuleret. Lin28a er en del af dyrets kontrolsystem for stofskifte - når det stimuleres, kan det få et dyr til at generere mere energi, som om det var yngre.
Men forbindelsens nøjagtige karakter forstås ikke endnu. Mens alle salamandere kan regenerere lemmer, er kun axolotler neoteniske, bemærkede Roy.
Salamandere, især axolotler, kan rekruttere stamceller til at begynde at vokse tilbage på lemmer, og de typer celler, der reagerer på et sårsted, synes også at være forbundet med, om lemmer kan vokse igen. Gardiner var i stand til at få salamandere til at vokse ekstra lemmer ved at stimulere væksten af nerveceller på et sårsted.
"Det kan have at gøre med en stærk immunrespons eller den specifikke frigivelse af nogle vækstfaktorer eller en kombination af begge dele. Det kan delvis være et spørgsmål om biofysik: Salamanderlemmer er meget mindre end mennesker; frøer kan dog ikke regenereere deres lemmer, så det er måske ikke kun et spørgsmål om størrelse, ”sagde Roy.
Dette mysterium forbliver et - i det mindste indtil videre.
Original artikel om Live Science.
