Представьте: вы теряете палец… а через пару недель он отрастает заново. Без шрамов, без операций, как будто ничего и не было.
Звучит как фантастический день в далеком будущем! Для человека – да. А для аксолотля – это обычный вторник. Он может не только отращивать конечности, но и восстанавливать сердце, позвоночник и даже мозг!
И таких животных немало. Почему природа сделала их настоящими машинами для регенерации, а нас – нет? Что если мы просто не научились включать эту способность?
Возможно, будущее, где человек сможет восстанавливать утраченные органы и ткани, ближе, чем кажется. Давайте разбираться!
Кто и как умеет регенерировать
Регенеративные способности в мире животных сильно различаются. Одни могут восстановить лишь небольшие участки тканей, а другие – целые органы и даже голову.
Ящерицы – мастера "аварийного сброса"
Ящерицы - самый известный пример регенерации в природе. И самый простой. Поэтому с него и начнем.
Многие виды ящериц используют способность к автотомии – они отбрасывают хвост при опасности и затем отращивают его заново.
В природе имеет свои побочные эффекты. Есть они и тут:
- Новый хвост анатомически отличается от оригинала: вместо позвонков внутри него находится хрящевая трубка.
- Нервные клетки в хвосте не восстанавливаются, а лишь разрастаются из уцелевших нервов.
- Мышцы формируются иначе – они окружают хрящевую основу, а не крепятся к позвонкам, как раньше.
Другими словами, регенерированный хвост – это скорее заменитель, чем точная копия утраченного.
Аксолотль – звезда регенерации
Эта амфибия способна отращивать не только конечности и хвост, но даже глаза, сердце и части мозга! Более того, делает это без рубцов и с восстановлением всех функций. Как?
Уникальные белки: У аксолотлей есть особая форма белка mTOR, который активируется после травмы и ускоряет процесс регенерации.
Белок mTOR играет важное значение у животных. Он регулирует рост и деление клеток, контролирует синтез белков, участвует в метаболизме глюкозы и жиров. У человека он, в частности, влияет на мышечную массу и функционирование мозга.
Клеточная пластичность: Клетки в месте раны "отматывают" развитие назад, превращаясь в подобие стволовых клеток. Затем они вновь дифференцируются, создавая утраченные структуры.
Работа иммунной системы: У аксолотля макрофаги не вызывают рубцевания, а наоборот – способствуют росту тканей. У людей этот процесс идет по другому сценарию, превращая поврежденные ткани в жесткий рубец.
Аксолотли будто остановились в развитии где-то на границе между взрослыми и эмбрионами – их клетки сохраняют способность к регенерации, которой лишены взрослые животные.
Другие мастера регенерации
Помимо аксолотлей, в мире животных есть и другие удивительные существа:
Саламандры могут восстанавливать даже части центральной нервной системы, включая спинной мозг и мозг.
Плоские черви способны регенерировать всю особь даже из крошечного фрагмента тела.
Морские звезды могут вырастить целое тело из одного луча.
Гидры обладают почти вечной регенерацией – они могут бесконечно обновлять клетки, поддерживая молодость.
Как видно, многие животные сумели сохранить способность к полной регенерации. Но почему же человек ее утратил?
Почему люди не могут отращивать конечности
Люди и другие млекопитающие эту способность утратили, даже если она и была у наших далеких предков.
Эволюция дала человеку огромный мозг, сложную иммунную систему и теплокровность, но при этом отключила способность к регенерации конечностей. Не говоря уже о внутренних органах. В чем же причина?
Сложная иммунная система
Чем сложнее организм, тем сильнее его защита от инфекций. У человека иммунная система реагирует на травмы агрессивно:
- Макрофаги запускают образование рубцовой ткани, чтобы как можно быстрее закрыть рану и предотвратить инфекцию.
- Воспалительные реакции подавляют процессы дедифференцировки клеток – тех самых, которые у аксолотля помогают формировать новую конечность.
Ирония в том, что наш иммунитет, защищая нас от бактерий и вирусов, мешает полноценной регенерации.
Эволюционные приоритеты
Млекопитающие эволюционировали в сторону более сложных механизмов. Например:
Теплокровность. Высокий уровень метаболизма и поддержание постоянной температуры требуют больших затрат энергии, из-за чего организм выбирает быстрый метод заживления – рубцевание, а не регенерацию.
Развитие костей. У рептилий и амфибий кости растут и обновляются иначе, чем у млекопитающих, что дает им больше возможностей для регенерации.
У млекопитающих ткань регулярно обновляется - старая разрушается, новая образуется. Это дает нам адаптацию костей к изменению нагрузки. Но, фактически, ставит крест на регенерации крупных фрагментов тканей. Поэтому часть кожи на пальце регенерировать может, а вот целый палец - уже нет.
Клетки не пластичны. В ходе эволюции клетки млекопитающих утратили способность легко превращаться в другие типы клеток, что сильно ограничивает восстановление сложных структур.
Генетические ограничения
Интересно, что у людей по-прежнему есть гены, отвечающие за регенерацию, но они активны только пока мы находимся в стадии эмбриона.
Но с возрастом эти механизмы выключаются, и взрослый человек теряет способность к регенерации. Механизм в нашем случае вполне логичный. Если этого вдруг не произойдет, то резко повышаются риски онкологии. Метаболизм то у нас совсем другой нежели у ящериц.
Печень человека. В чем секрет ее регенерации и почему другие органы так не умеют
Некоторые органы и ткани человеческого организма обладают способностью к регенерации, хотя и небольшими.
На этом фоне особое место занимает печень.
Дело в том, что в печени обнаружены четыре разновидности стволовых клеток. Они и могут трансформироваться. У других органов такого не предусмотрено. Что тоже логично - печень подвергается серьезной нагрузке, и ей нужны эти ресурсы.
Однако есть и свои подводные камни. Печень быстро восстанавливается не столько качественно, сколько лишь количественно. За счет увеличения объема оставшихся клеток, а не их деления. Поэтому ее ресурс все же исчерпаем и к ней нужно относиться бережно.
Как наука поможет преодолеть ограничения природы
Ученые активно изучают механизмы регенерации у животных, чтобы применить их в медицине. И быстро развивается направление регенеративной медицины. Какие перспективы нас ждут?
Генная терапия
Если гены регенерации есть, но "спят", возможно, их можно активировать. Ученые уже экспериментируют с методами включения нужных генов у млекопитающих. Только на тот момент, когда это действительно нужно. Иметь такие гены во включенном состоянии всегда - довольно накладно для организма.
Стволовые клетки
Японский ученый Синъя Яманака открыл способ превращения обычных клеток в плюрипотентные стволовые. Эти клетки обладают способностью превращаться в любой тип клеток организма.
Это открытие может стать ключом к восстановлению тканей и органов.
Биотехнологии
3D-биопечать уже сейчас может создавать ткани для трансплантации. В перспективе научится печатать целые органы.
И уже сейчас с помощью нанотехнологий можно в разы ускорить заживление и восстановить поврежденные ткани.
Эти технологии уже используются в медицине, а в будущем они могут привести к настоящему прорыву – восстановлению конечностей и даже внутренних органов.
Человек не умеет отращивать руки и ноги, потому что эволюция сделала другой выбор.
Вместо регенерации мы получили куда более весомые плюсы – более мощный иммунитет, теплокровность и сложную биологию.
Однако потенциал к регенерации у нас все же есть. Ученые изучают аксолотлей, гидр и плоских червей, чтобы понять, как разбудить спящие способности нашего организма.
Уверен, что в будущем медицина научится включать процессы регенерации и мы станем свидетелями настоящей биологической революции. И отрастить новое сердце или желудок уже не будет фантастикой.
Мы не можем отращивать руки, сердце и даже части мозга – ну и черт с ним. У нас есть кое-что получше.
Мы уже выращиваем органы в лабораториях, редактируем гены и взламываем коды природы. Так что кто знает? Может, через пару десятков лет человек не просто залечит раны, а напишет собственный сценарий эволюции.
Менять тела это хорошо. Главное, при этом, чтобы наши духовные и интеллектуальные ценности остались вечными и неизменными. Ведь именно это делает нас людьми.