问题

海蛞蝓会切断自己的脑袋,长出新的身体,是怎么做到的?它的再生能力为什么这么强?

回答
你想了解海蛞蝓那种“断头再生的神奇能力”,对吧?这事儿说起来,简直比科幻小说还要离奇,但却是真实存在于自然界的奇迹。而且,这可不是什么“简单地长出一个新脑袋”那么朴素的描述,它更像是“脑袋脱离了身体,然后这个脑袋竟然自己长出了新的身体”!

咱们先来捋一捋这个过程,你会发现它比你想的要复杂得多,也精彩得多。

断头之后的“重生”:一个惊人的分离与生长过程

当一只海蛞蝓决定“断头求生”时,这可不是一时冲动。它会先在自己的脖子部位,也就是头部和身体连接的地方,进行一次非常精准的“切割”。这可不是随便甩一下就断了,而是一种非常有目的性的自我分离。想象一下,你身上的一个部位要脱离,你能做到吗?海蛞蝓就能!

这个分离的过程,其实是海蛞蝓身体内部一种特定肌肉的收缩,加上一些生化物质的协同作用,使得头部和身体彻底分离。一旦头部脱离,它会立刻进入一个特殊的“休眠”或“准备”状态。

然后,奇妙的事情发生了:

1. 头部独立求生: 脱离身体的脑袋并不是就此等死。它体内储存了足够的能量,并且保留了大脑等关键器官。最关键的是,它仍然拥有那些让它能够进食、移动的结构,比如嘴巴和触角。所以,这个光秃秃的脑袋就开始了它独立的生活,它会寻找食物,就像一只完整的海蛞蝓一样。
2. 身体的“遗忘”与更新: 而原先那个没有了脑袋的身体呢?它也会逐渐停止一些高级的生理活动,但它的心脏还在跳动,一些基本的生命机能还在维持。而更神奇的是,在这个过程中,它的身体会逐渐“遗忘”头部曾经存在过的痕迹,并且开始激活一些休眠的细胞,为可能发生的“再生”做准备。
3. 新身体的萌芽: 当脑袋独立存活一段时间后,它会开始在断头处,也就是它身体的“脖子”末端,长出新的身体。这个过程,你可以理解为它体内储存的干细胞或者特化细胞开始大量增殖、分化,就像在建造一个新的工厂一样,一点一点地从零开始构建出一个完整的身体。这个新身体会逐渐长出消化道、生殖器官等等,最终变成一只全新的、完整的海蛞蝓。
4. “本体”的命运: 至于原先那个没有脑袋的身体,根据不同的物种,它的命运也有些不同。有些种类,这个身体似乎也会慢慢死亡、分解,成为海洋的一部分。但有些更惊人的物种,这个没有脑袋的身体,也可能发生奇迹般的再生,长出一个新的脑袋来!这就真的是“一人分饰两角”了。

为什么海蛞蝓的再生能力这么强?这背后藏着什么秘密?

要解释海蛞蝓如此强大的再生能力,我们需要深入到细胞和基因层面去理解。这可不是简单地“皮肤破了会愈合”那么简单,而是从一个高度特化的、具有特定功能的单位(头部)开始,能够完全从头构建一个完整的生命体。

1. 超强的干细胞库与分化能力: 这是最核心的原因。海蛞蝓体内拥有数量庞大且极其活跃的干细胞。这些干细胞就像是“万能积木”,它们还没有确定自己的最终身份,可以根据身体的需要,分化成各种不同的细胞类型——神经细胞、肌肉细胞、消化细胞、皮肤细胞等等。当头部脱离后,这些干细胞被“激活”,开始在断头处进行大规模的增殖和定向分化,一点一点地重建缺失的身体。
2. 清晰的“身体蓝图”: 就像一张精确的建筑蓝图一样,海蛞蝓的基因组中储存着一套完整的“身体信息”。这个信息告诉细胞们,身体应该长成什么样子,各个器官如何排列,功能如何协调。即使头部脱离,这个“蓝图”依然存在于头部细胞的DNA中。当细胞开始再生时,它们会参照这份蓝图,精准地复制和构建每一个结构。
3. 对“自我”的认知与定位: 你可能会问,为什么脑袋长身体,而不是身体长脑袋?这涉及到海蛞蝓对“自我”的认知和“身体边界”的定位。在脱离的瞬间,头部知道自己是一个“完整的个体”,并且拥有重建身体的能力。而身体在失去头部后,也有一套机制来识别自己是“不完整的”,并且具备再生缺失部分的潜能。这种对自身结构的认知和定位,是高度复杂的生物学过程。
4. 神经系统的特殊性(某些物种): 一些研究发现,某些进行“断头再生”的海蛞蝓,它们的神经系统,尤其是与自主运动和进食相关的部分,可能在头部与身体连接处就非常发达。这意味着即使在分离时,头部仍然可以独立运作,并且其神经系统能够有效地指挥再生过程。
5. 特殊的能量储备和代谢模式: 再生是一个非常消耗能量的过程。海蛞蝓能够储存足够的能量(比如通过脂肪)来支持这段独立求生和重建身体的时间。同时,它们可能还有一套高效的代谢模式,能够最大化利用储存的能量,并从外部获取必要的营养。
6. 环境适应与进化选择: 我们可以推测,这种强大的再生能力,是海蛞蝓在漫长的进化过程中,为了应对捕食者、环境剧变等生存压力而形成的。当遇到危险时,“断头”是一种非常有效的逃生策略。如果能够因此获得第二次生命,那么拥有这种能力的海蛞蝓自然更容易存活和繁衍。

总的来说,海蛞蝓的“断头再生”并非魔法,而是高度发达的细胞生命力、精确的基因调控、强大的能量储备以及适者生存的进化选择共同作用的结果。它们用自己的身体,向我们展示了生命最令人惊叹的韧性和创造力。这种能力,远超我们日常对生物再生能力的理解,也一直是科学家们研究的焦点,因为从中我们或许能窥探到更多关于生命本质的秘密。

网友意见

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在某种程度上,再生修复这种能力,任何物种都有,只是强弱的区别。

人类的再生能力仅限于恢复伤口,健康细胞不断进行分裂和增殖,以取代死亡细胞和修复受损组织。壁虎、鳄鱼[1]之类的就强一些,能再生断肢。不过再生的肢体并没有原来的那么好,但有总好过没有。

再强点就是墨西哥鈍口螈[2],它的四肢、尾、爪、眼睛和各种内部结构都有再生能力,而且可以以近乎相同的精度替换失去的肢体。

更强一些就是水蛭、涡虫[3]、纽虫[4],涡虫切个二百七十九分之一都能再生,而纽虫哪怕只有二十万分之一也能长出来,它们可以作为再生的模型生物。

下面这张表介绍了不同动物的再生能力,


问题中的海蛞蝓再生能力如何呢?

三藤清香和水生生态教授游佐阳一合作实验,从野外找了百来只海蛞蝓饲养[5],偶然发现一个可怕的场景。在实验室圈养的海蛞蝓中,有一种叫缘边海天牛的海蛞蝓不知怎么被斩首了。

更重要的是,他们发现这个被砍下的头在水槽四处移动,还没事似的咀嚼海草,好像压根没发现自己身躯都没了。三周后,颈部以下的身体长全了。

然后他们开始做实验,想要搞清楚是如何斩首以及是如何再生整个躯体的。结果发现,缘边海天牛并不是被别个砍了头,而是自我斩首。注意,并不是所有海蛞蝓都有再生能力,研究只发现了缘边海天牛和深缘海天牛可以自我斩首和再生。

当然,它们只是被切下来的头部有再生能力,而被切下的躯干是不能长出脑袋的。就这点,和蚯蚓都有差距,蚯蚓好歹切两段变两个,海蛞蝓切两段最后还是一个。

海蛞蝓为什么要自我斩首?

科学家对海蛞蝓进行了解剖,然后在它们体内发现了这个:

这是一种寄生虫,桡足类,和水蚤是近亲。

于是科学家怀疑,是因为海蛞蝓被感染寄生虫之后,觉得身体没得救了,就索性放弃身体重新长一个好了。


海蛞蝓斩首之后是如何存活的?

科学家也没搞懂。不过他们推测,这可能与他们食用以光合作用产生能量的藻类有关。当这些海蛞蝓吃下某种类型的藻类后,能像植物一样进行约10天的光合作用,断头会从氧气和阳光中获取能量再生。科学家的推测只是解释了海蛞蝓获取能量的方式。

纽虫可以之所以可以变态一样地再生,是因为基因序列里有EGR(Early growth response proteins,包括EGR1, EGR2, EGR3 和 EGR4)。EGR和自愈能力是息息相关的,它帮助激活了纽虫的的再生过程。海蛞蝓能再生,它的基因里一定也有再生相关的基因。


只有头部也能消化食物吗?

斩首之后的头部跟没事一样进食海藻,是因为它们的头部还有消化腺。


讲道理,这种海蛞蝓的再生能力比鳄鱼、壁虎、蝾螈强,但和蚯蚓、涡虫、纽虫之类的相比还是差了太多。一个物种越低级,往往生存能力越强。

参考

  1. ^ https://www.nationalgeographic.com/animals/article/alligators-can-regrow-their-tails
  2. ^ https://sitn.hms.harvard.edu/flash/2018/regeneration-axolotl-can-teach-us-regrowing-human-limbs/
  3. ^ https://zhuanlan.zhihu.com/p/38400021
  4. ^ https://zhuanlan.zhihu.com/p/60327161
  5. ^ https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)00047-6

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