人類若是掌握了燈塔水母神乎其神的轉分化能力,想si都難了!
幾千萬年前,陸地動物的祖先走出了深邃的海洋,來到了充滿未知的大陸上。今天,人類為了追尋永生和青春,又將目光投向了那片深海。在一望無際的藍色鹹水中,生活著一種神奇的水母,
它的身上也許就藏著通向永生的鑰匙
。
一、逆轉時間的水母?
燈塔水母(Turritopsis dohrnii)是一種直徑4-5毫米的迷你水母,廣泛分佈於溫帶到熱帶的海水中。它和大部分的水母同類一樣,每天的主要日程就是透過吃吃吃讓自己活下去;它的消化系統佔據了身體的一大部分,又呈現奪人眼球的鮮紅色,所以得名“燈塔水母”(我感覺長得更像個燈籠果呢);它的另一個“諢名”可能會更讓人印象深刻——
immortal jellyfish,永生水母
。
早在1880年左右,燈塔水母就在地中海被觀察到並命名,但科學家直到1992年才發現它的神奇之處——在
特殊條件下
,燈塔水母會將自己退化到幼年狀態,再成長為新的水母
[7],透過所謂的
“返老還童”實現永生
。
要解釋燈塔水母的神奇之處,我們要先從瞭解水母的生活開始。
水母是一種簡單的刺胞動物(曾經叫腔腸動物),
它們有兩種形態:
幼年體的水螅態(polyp)和成年體的水母態(medusa)。
水母生產的卵會孵化為水螅,水螅具有強大的無性繁殖能力,它們可以像單細胞生物一樣進行分裂,然後經過幾個階段後發展成為成體水母,透過有性生殖生下卵後便會死去[3][7]。
和一般水母一樣,燈塔水母也會進行有性繁殖,並在產卵後死去,但
它的與眾不同在於
還可以
在性成熟後重新回到未成熟的水螅態
。
從事海洋生物研究的米列塔博士說,燈塔水母可以把自己轉化成一團充滿未分化細胞的胞囊,再讓這些細胞轉化為一個水螅群;這些水螅可以繼續生長成水母,然後再轉化成為水螅[1]……除了我們今天的主角燈塔水母,研究者也在一種勞迪西亞水母和幾種海月水母身上發現了逆生長現象[8]。
透過對不同地區的燈塔水母線粒體基因測序,米列塔博士還發現,
世界上分佈著基因序列幾乎一樣的燈塔水母
,這也是它們特殊的退化過程導致的[4]。
在一個水母個體退化出的水螅群中,每一條水螅都擁有完全一樣的基因組(因為是單個個體的細胞退化而成的),一隻水母可以透過這種方式變成數百個一模一樣的克隆水母[2],這些克隆水母可能會再退化成為水螅群,又變成更多克隆水母。
想象一下你乘坐的地鐵上、上班的辦公室、住的公寓樓,裡面全是和你一模一樣的克隆體,是不是有點太超現實?
二、永生還是轉生?
燈塔水母真的擁有隨意撥弄生命之鐘的能力嗎?
燈塔水母的返老還童看似是宛如逆轉時間一般地從成體水母退化為幼體水螅,其實不然:
燈塔水母會把自己體內的所有細胞全部退化成未分化的細胞,然後這些細胞才會分化成水螅
[4],細胞在這一被稱為“轉分化”(transdifferentiation)的過程中可以發生功能或型別的改變。
細胞的轉分化有點像人的跳槽或轉行:一個已經成熟的生物細胞通常不會發生功能上的改變,但透過轉分化,細胞可以被轉換成另一類完全不同的細胞,就像一個程式設計師轉行當起了咖啡師一樣。
細胞轉分化的著名例子是蠑螈對眼部損傷的修復:蠑螈的晶狀體受損後,它們的虹膜表皮細胞可以被轉化為構成晶狀體的細胞,形成新的晶狀體[10]。而燈塔水母的細胞在逆生長過程中的轉分化比蠑螈更硬核一些:它們會把體內的肌肉細胞轉化為性細胞,然後這些細胞會受精、分化、成長為無數條水螅[4];
燈塔水母的逆生長,與其說是“返老還童”,用“轉世投胎”來形容或許更為貼切
。
答案當然是不可以,除非你真的想變成一團擁有人類DNA的大水母。
燈塔水母能夠“返老還童”是有條件的。吃飽喝足的燈塔水母並不會自主選擇退化,而是像普通水母一樣進行有性生殖後直接死亡;
它們只有在飢餓、身體損傷或其他突發危險的情況下才會開啟“逆生長”
[2];而野外的燈塔水母個體仍然會因為疾病或者被捕食而死去,大部分的水母在有機會返回水螅態前就會死亡[4]。
同時,高等生物的胚胎髮育是一個非常複雜的過程,只有結構簡單的水母才能讓轉化完的細胞全部去它們該去的地方。高等動物的受精卵需要先分化成多種幹細胞,然後進一步細分為各種組織細胞,再組成器官和系統[5]。
燈塔水母神乎其神的轉分化能力或許能為人類帶來發展的機遇;透過研究這一能力,
我們或許能夠找到人工製造幹細胞、人體組織
(如人造面板)
、甚至任意轉換細胞型別的更好方法
,從而更簡單地修復人體的組織損傷和治療如白血病這種需要造血幹細胞的疾病[11][12]。
燈塔水母雖然神奇,但人類註定無法複製它們的不死傳說。返老還童、重回青春,可能比我們想象的複雜更多。
這是時光派的第534篇原創,
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[1]MP;, Matsumoto Y;Piraino S;Miglietta。“Transcriptome Characterization of Reverse Development in Turritopsis Dohrnii (Hydrozoa, Cnidaria)。” G3(Bethesda, Md。), U。S。 National Library of Medicine, pubmed。ncbi。nlm。nih。gov/31619459/。
[2] Miglietta, M。 P。, et al。“Species in the Genus Turritopsis (Cnidaria, Hydrozoa): a Molecular Evaluation。” Wiley Online Library, John Wiley & Sons, Ltd,1Nov。2006, onlinelibrary。wiley。com/doi/abs/10。1111/j。1439-0469。2006。00379。x。
[3] Petralia, Ronald S, et al。“Aging and Longevity in the Simplest Animals and the Quest for Immortality。” Ageing Research Reviews, U。S。 National Library of Medicine, July 2014, www。ncbi。nlm。nih。gov/pmc/articles/PMC4133289/。
[4] Than, Ker。“‘Immortal’ Jellyfish Swarm World‘s Oceans。” Animals, National Geographic,10 Feb。2021, www。nationalgeographic。com/animals/article/immortal-jellyfish-swarm-oceans-animals。
[5]“The Embryo Project Encyclopedia。” Embryonic Differentiation in Animals | The Embryo Project Encyclopedia, embryo。asu。edu/pages/embryonic-differentiation-animals。
[6] Piraino, S。, et al。“Reversing the Life Cycle: Medusae Transforming into Polyps and Cell Transdifferentiation in Turritopsis Nutricula (Cnidaria, Hydrozoa)。” The Biological Bulletin, vol。190, no。3,1996, pp。302–312。, doi:10。2307/1543022。
[7] Bavestrello, Giorgio; Christian Sommer; Michele Sarà(1992)。“Bi-directional conversion in Turritopsis nutricula (Hydrozoa)”。 Scientia Marina。56(2–3):137–140。
[8]“蘊藏生命永不終結秘密的水母。” BBC 英倫網, BBC, www。bbc。com/ukchina/simp/vert-earth-48001654。
[9] Jopling, C。; Boue, S。; Belmonte, J。 C。 I。(2011)。“Dedifferentiation, transdifferentiation and reprogramming: Three routes to regeneration”。 Nature Reviews Molecular Cell Biology。12(2):79–89。 doi:10。1038/nrm3043。 PMID 21252997。
[10] R;, Eguchi G;Shingai。“Cellular Analysis on Localization of Lens Forming Potency in the Newt Iris Epithelium。” Development, Growth & Differentiation, U。S。 National Library of Medicine, pubmed。ncbi。nlm。nih。gov/5152591/。
[11]-, Peniel M。 Dimberu, et al。“Immortal Jellyfish Provides Clues for Regenerative Medicine。” Singularity Hub,18 July 2019, singularityhub。com/2011/04/25/immortal-jellyfish-provides-clues-for-regenerative-medicine/。
[12] Grath, Alexander, and Guohao Dai。“Direct Cell Reprogramming for Tissue Engineering and Regenerative Medicine。” Journal of Biological Engineering, BioMed Central,13 Feb。2019, jbioleng。biomedcentral。com/articles/10。1186/s13036-019-0144-9。