何もないより良い何か：ミシシッピアリゲーターの再生能力

愚かな子供だった私は、トカゲを尻尾で捕まえ、狩りの腕前を披露したいと思い、母に見せることにしました。その日のトカゲは社会の輪を広げる準備ができていなかったので、尻尾を落とし、草の中に姿を消しました。そして、ここで私は庭の真ん中に立っていて、何が起こったのか理解できず、所有者を手に持たずに蠢く尾を持っています。この印象的な子供時代の出来事は、適応行動と修復的​​再生の代表的な例です。人はまた再生を持っていますが、修復的ではありませんが、生理学的です（皮膚、爪、髪などの外層）。しかし、サラマンダーは再生の達人と見なされており、失われた手足を再成長させることができます。しかし、彼らはこのユニークな贈り物の唯一の所有者からはほど遠いです。たとえば、淡水固着性共腸炎の属であるヒドラスは、パーツにカットした後でもほぼ完全に回復することができます。アリゾナ大学（米国）の科学者のグループは、ミシシッピアリゲーターにも修復再生があることを発見しました。ワニの回復過程はどうですか、他の生物との再生はどのように異なりますか、そして元の肢と再生された肢の間に違いはありますか？これらの質問に対する答えは、科学者のレポートにあります。行く。

研究の基礎

再生は本質的にかなり一般的な能力です。ただし、その強度と機能は、生物の種、家族、属によって異なります。たとえば、鳥類以外の爬虫類は複雑な多組織構造（尾など）を再生する唯一のグループですが、哺乳類と鳥類は成人期に再生する能力が非常に限られています（この研究では胚の再生は考慮されていません）。



再生を伴う脊椎動物とは異なり、ほとんどの哺乳動物は、損傷後の損傷した組織の治癒と修復の長いプロセスを経験します。このプロセスは瘢痕組織の形成につながり、機能性と感度が低下し、感染のリスクが高まります。言い換えれば、人体の創傷治癒の過程は再生とは言えません。



再生のメカニズムを理解するには、まずその本質を理解する必要があります。なぜそれが必要なのですか。現時点では、一部の動物に再生が見られる主な理由は、捕食者の影響です。骨の多い魚、尾のないおたまじゃくし、海の両生類、鳥以外の爬虫類の多くの種の中で、獲物が深刻な被害を受けるものの、死を回避する一定のチャンスがある場合、致死量以下の捕食が広まっています。その結果、サラマンダーやトカゲのいくつかの種は、捕食者を避けるための戦術として、尾をオートトミー*する能力を発達させました。

オートトミー* -危険な場合、または何らかの外部刺激を考慮して、動物が自分の思い通りに手足を投げ捨てる能力。

そうは言っても、尾を落とすことはオートトミーの最も極端な例ではありません。イーグルマウス（Acomys）は、危険が発生した場合に文字通り邪魔になりません。これらの驚くべきげっ歯類は、皮膚（毛包、皮膚などを含む）、さらには耳（すなわち、軟骨組織）を完全に再生することができます。



針先マウスの自切の詳細については、を参照の仕事ケンタッキー大学の科学者。



このスキルには長所と短所の両方があるため、再生するかどうかは、進化の過程で多くの種にとって非常に重要な問題です。一方では、捕食者の歯の死を回避するチャンスがあります。一方、オートトミーによる手足の喪失は、繁殖期の可動性、エネルギー節約、さらには性的選択に大きな影響を与える可能性があります。したがって、種は、そのような状況でそれにとって何がより重要であるかを自ら決定しなければなりません。



多くの哺乳動物における再生の喪失または最初の欠如は、特殊な免疫系の発達、細胞周期の調節の増加、または吸熱の発達に関連しています。損傷に対する反応の低下、創傷領域での特殊な表皮の形成、細胞外マトリックスのリモデリング、保存的発達経路の再神経支配および再活性化などのプロセスは、再生可能な脊椎動物に一般的です。これは、異なる種の再生能力の共通のコアの存在を示しています。一方、脊椎動物付属器の再生能力は大きく異なり、異なる活性化メカニズム、機能特性、および再生の程度を備えたスペクトルと見なすことができます。





画像№1：さまざまな動物の再生能力の分布。



たとえば、Danio属の魚（Danio）、Xenopusカエルの軸索およびおたまじゃくしは、元の付属物とほぼ同じ構造を復元することができます。成体のXenopusカエルは、同一ではない再生を示します。そして、哺乳類の大多数は、失われた手足をまったく置き換えません。



個人の身体的特徴も動物の再生能力に影響を与えます：体の大きさ、年齢、ライフサイクルの段階など。これらの側面に関するデータはほとんどありません。これまでのところ、体のサイズが大きくなるとイモリの手足の治癒が遅くなる可能性があり、ライフサイクルのさまざまな段階がXenopusカエルの再生に影響を与えることが知られています。



私たちの雄羊、より正確には爬虫類に戻りましょう。種の多様性を考えると、このクラスの代表者は地球のさまざまな場所に住んでいます。そのため、生理学的、行動的、形態学的な特徴に多くの違いがあります。



尻尾を考えると、この手足が移動、エネルギー節約、性的選択にとって非常に重要であることは明らかです。進化の過程でのこの種またはその種の生息地は、尾の構造、したがってその再生能力に強く影響しました。



爬虫類は、3つの既存のインフラクラスによって表されます。Neodiapsida、カメを含みます。Archosauromorpha（クロコダイルと鳥）; Lepidosauromorpha、すなわちうろこ状（トカゲ、ヘビ）。



サラマンダーのために新しい手足を育てるのは難しいことではありませんが、それは長い時間がかかります。



私たちが知っているように、トカゲは尾を落とし、元の尾とは解剖学的に異なる新しい尾を成長させることができます。再生されたトカゲの尾の主な内骨格は、上垂体と中央の下行軸を囲むセグメント化されていない軟骨管で構成されています。尾の再生中、新しいニューロンは形成されません。代わりに、再成長軸は、尾の切り株に由来する脊髄および背側根神経節に位置するニューロンに由来します。さらに、再生された骨格筋は、軟骨管の周りに放射状に位置し、組織化されていない縦方向の繊維を形成します。



ヘビは怪我のために失われた尾を置き換えるのではなく、Tuatars（爬虫類の属）ニュージーランド原産のスフェノドンは、（トカゲのような）軟骨性内骨格を成長させますが、骨格筋は最小限であるか、存在しません。トゥアタラの再成長した尾のほとんどは、線維組織に似た密な結合組織で構成されています。



これらの例から、尾の再生はどの種にも固有ではなく、失われた手足を回復するプロセスが異なることが明らかになります。



ワニを家に置いておくことは良い考えではありません、そしてここに理由があります。



現代のクロコダイル（アリゲーター、カイマン、クロコダイル、ガリアル）にも再生能力があるという提案があったことは明らかです。この分野の研究はかなり表面的に行われたため、これまでプロセスの完全な説明はありませんでした。したがって、この作業では、科学者は、ミシシッピアリゲーターに直面したワニが失われた尾をどのように正確に成長させることができるかを詳細に検討することにしました。

研究成果

科学者たちは、解剖学的および組織学的データを使用して、ミシシッピアリゲーターの接合部近くにある元の尾部と再成長した尾部の組織の比較分析を実施しました。





画像＃2



元のテールセグメントは、重なり合わない長方形の目盛りと横列に配置された背側プレートで覆われていました（2a - 2c）。背側の鱗は斑状で腹側の鱗よりも暗かった（2a - 2f）。分析されたサンプルの中で、サンプルA01のみが対になった背側シールドを持っていました。これは、A01がより近位（中心に近い）の損傷を受けたことを示しています（2d）。



ラジオグラフは、各近位尾側椎骨が1列の鱗に対応し、細長い棘（頂上の一部である背側突起）とpapophysis（腹側、すなわち下の椎骨の突起）を持っていることを示しました（2g - 2i）。



疑惑の損傷部位のすぐ近位に位置する尾側椎骨は、これらの背側突起を欠いており、骨の裂け目があり、その改造の結果を示しています（2g - 2i）。



対照サンプルとして、損傷のない若い女性の尾を分析した。ワニの軸方向の骨格は65の椎骨で構成され、そのうち38〜41は尾側（Caと略記）です。脊椎）。サンプルA00では、合計40個の尾側椎骨が特定されました。



尾側椎骨1-14には横突起があり、これは以前の解剖学的研究と一致しています。脊柱は尾の全長に沿って伸び、椎骨突起は遠位端に向かって徐々に狭くなった。さらに、各尾側椎骨は1つのスケールセグメントに対応し、ペアの背側の鱗はセグメント18で終わり



ます。A01のみが元の尾のセグメントでペアの背側の鱗を示しているため（2d）、科学者は、この個人が後部（いわば後部）の尾の約半分を失ったことを示唆しました。サンプルA02およびA03は、元の尾部に単一の背側の急性のみを示しました。これは、テールがセグメント18（2eおよび2f）の遠位で切り詰められていることを示しています。鱗の列を数えることで、A02とA03の損傷の位置を明らかにすることができました。切り詰めはそれぞれ椎骨24と20の近くでした。



ワニの椎骨にはオートトミーに特化した領域がないため、尾の一部が失われると、トカゲのように、怪我や出生障害が発生し、捨てられませんでした。





画像＃3



研究の次の段階では、元の尾の骨格筋の解剖学と組織学に注意が払われました。



脊柱の周りには大量の筋肉があり、厚い水平中隔によって半分に分割されて、別々の軸上（軸の背側にある）セクションと下軸（軸の腹側にある）セクションに分かれています（3aおよび3b）。



epaxial筋肉から構成M.の最長とM.の横突棘筋intermuscular背隔壁により分離し、（中隔intermusculare dorsi）。一方でM.の最長はepaxial面積の大半を占めていた、M.の横突棘筋は比較的薄かったです。



下軸領域は、M。ilio-ischiocaudalisの筋肉のみで構成されています（3aおよび3b）、これらは通常、尾の近位領域でM.caudofemoralisによって補完されます。尾部への損傷は横突起およびM.caudofemoralisの位置の遠位にあったため、研究されたサンプルではM.caudofemoralisの欠如が予想されたことに注意する必要があります。 近位筋横断面のヘマトキシリンおよびエオシン（H＆E）染色により、基底膜に囲まれた均質な筋線維束が明らかになりました（3cおよび3d）。 免疫組織化学的研究（IHC）は、筋肉が主にタイプII *繊維を含むことを示しました（3e - 3h）。

II* — , , .. .

画像№4



健康なワニの尾が何で構成されているかを理解し、科学者たちは再成長した尾を分析し、元の尾と比較し始めました。



クロコダイルは尾を成長（再生）できますが、他の手足は成長できません。再成長した尾の平均の長さは15.7±7.3cmです。全長の約6〜18％。同時に、外部の形態によって再成長したセグメントを決定することは非常に簡単です。



再成長した尾の鱗は、元の尾と比べて色とパターンが異なります。小さな黒い鱗が再生された尾の周囲に均等に分布しており、背側の鱗が欠けていた（4a - 4d）。これらの鱗は下にある組織にしっかりと付着していました。再成長した尾の皮膚のより詳細な検査は、表皮および真皮のすべての典型的な層の存在を示した（4i）。



X線は、尾の再成長した部分に骨がないことを示しましたが、棒状の構造の存在が見つかりました（4e - 4g）。 1つのサンプル（A04）では、この構造は、元の尾の背面から突き出た再成長した尾に存在していました（4時間）。尾の完全な切断に至らなかった傷害が原因である可能性が最も高いのはこの状況です。





画像No.5



この標本も尾の遠位端を欠いており、再生された小さなセグメントが存在した。 MRIは、尾の長さに沿って穴が分布している（5b - 5e）、セグメント化されていない中空の棒状構造（5a）の存在を確認しました。 科学者たちは、再生された尾の同様の穴が以前に緑のトカゲ（Lacerta viridis）で発見され、血管と軸索の再生のためのチャネルとして機能していることに注目しています。ワニの尾では、棒状の構造が腹側に位置していた（5c - 5f）。画像No.6













内骨格の構造を組織学的に調べたところ、骨ではなく軟骨で構成されていることが確認されました。トリクローム組織染色により、無血管のコラーゲンに富む細胞外マトリックス（ECM）が明らかになり、小腔に埋め込まれた大きな丸い軟骨細胞がまばらに存在していました*（6aおよび6bの黒い矢印）。

ギャップ* -組織部位間のギャップ。

軟骨と周囲の結合組織との間の界面に近い軟骨細胞は、より小さく、より密度が高かった（6bの白い矢印）。



コラーゲンCOL2A1を使用したIHCにより、上にある結合組織から軟骨を分離する領域（6cおよび6d）を特定することができました。対照サンプル（6eおよび6f）では同様の形成は見られなかった。





画像＃7



解剖は、尾の再成長した部分に骨格筋が存在しないことを示し、筋肉特異的細胞マーカーを認識する抗体による免疫染色がこれを確認した（7aおよび7b対3eおよび3f）。



組織学的検査により、過剰な皮膚コラーゲン、および単核細胞がまばらに存在する不均一な線維性結合組織の密なネットワークが明らかになった（7cおよび7d）。絡み合った繊維の網はピクロシリウスレッドで赤く染まった。このことから、コラーゲン（7eおよび7f ）に基づいていることがわかります。



また、大きな繊維はI型コラーゲンに属し、小さな繊維はIII型コラーゲンに属することがわかりました（7gおよび7h）。同様のパターンがすべてのサンプルで観察されました。唯一の違いは、脂肪細胞（脂肪組織）の大きなポケットが存在するサンプルA03（7i）で見つかりました。



再成長した尾には、さまざまなサイズの軸と血管がたくさんありました。結合組織の鞘内の軸によって表される神経束は、しばしば互いに近接していた（7iおよび7j）。骨格筋が不足していることを考えると、これらの神経プロセスは運動能力ではなく感覚知覚に関与していると考えられます。



血管の同定は、内皮細胞で裏打ちされた内腔の存在や、時には滑らかな筋肉（7k）などの特徴的な特徴のために実行されました。さらに、赤血球はより大きな血管の内腔に見られ、爬虫類では中心に核が位置する楕円形をしています（7l）。



研究のニュアンスについてのより詳細な知識については、科学者の報告とそれに追加された資料を調べることをお勧めします。

エピローグ

再生は驚くべきものですが、地球上のすべての生物に固有ではない、物議を醸す能力です。一見、再生には共通の機能的ルーツがありますが、詳しく調べると、その動作にはさまざまなメカニズムがあることが明らかになります。



この作品では、科学者はミシシッピアリゲーターの再生能力を調べました。トカゲのように、これらの手ごわい捕食者は彼ら自身の尾を成長させることができます。ただし、この手足の喪失は、彼ら自身の自由意志では発生しません（つまり、それはオートトミーの例ではありません）が、外傷の結果です。失われた尾を復元するプロセス自体は何ヶ月もかかり、その結果は外観と構造的構成が元のものとは大きく異なります。再成長した尾のサンプルには骨格筋は見られなかった。代わりに、コラーゲンが優勢で、軟骨組織を形成しました。それにもかかわらず、血管と神経終末はかなり発達していました。



なぜワニは再生が必要なのですか？この質問には多くの答えがあります、彼らが言うように、どれかを選んでください。第一に、ワニは3メートルの死の機械を持って生まれていません。その結果、若い年齢で、彼らは大きな捕食者の攻撃の犠牲者になり、彼らがまだ成人期に必要とする尾の一部を失う可能性があります。第二に、ワニは彼らの血なまぐさい競争によって区別されます。 2人の男性が女性または領土のために戦うとき、彼らは彼らが望むものを手に入れるために、お互いを引き裂く準備ができています。手足の骨折や尻尾の噛みつきは、戦闘中の一般的な怪我です。最初のケース、進化の栄光、ワニの骨は十分に速く一緒に成長します。第二に、再生がシーンに入ります。



もちろん、ワニの再生能力は理想からは程遠いです。しかし、この種がそのようなユニークなスキルを持っているという事実自体が疑問を投げかけます-なぜ鳥はそれを失ったのですか？言い換えれば、進化の過程で、ある種が再生を完全に放棄することを決定したのに対し、他の種はそれを何らかの形で保持したのはいつですか？これらの質問に対する答えはまだ見つかっていません。



現時点では、再生に関する研究は何らかの形で医学につながります。残念ながら（そしておそらく幸運にも）人々は、トカゲやハイドラのような強力な再生を持っていません。はい、私たちの体はある程度、細胞レベルで時間の経過とともに更新されますが、これは単なる生理学的再生です。もし私たちが修復的な再生を得ることができれば、これは医学だけでなく、種としての人の生活そのものも根本的に変えるでしょう。



ただし、自然界のすべてが理由で発生することを忘れないでください。進化は、紛らわしく、複雑で、時には理解できないものですが、それでも検証済みのプロセスであり、その間にすべてが何らかの理由で発生します。自然はカードの家に似ており、特定の場所が各種に割り当てられています。そのうちの1つが突然変化すると、壊れやすいバランスが崩れ、家が倒壊する可能性があります。



人はしばしば進歩と関係があり、その主な原動力は科学であり、しばしば多くの倫理的議論を引き起こします。何が私たちにとって良いのか、何が地球にとって良いのか、何が正しいのか、そして何が有益なのか-これらの質問は、科学界が別の信じられないほどの研究や発見で補充されるときに絶えず出てきます。これらの質問に対する答えが何であれ、人間の知性の力を否定することはできません。主なことは、それが正しい方向に向けられているということです。





ご清聴ありがとうございました。好奇心を持ち、素晴らしい週末をお過ごしください。:)

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