Регенерація в природі
- Регенерація у тварин
- Зростання і регенерація гідри
Слово регенерація бере свій початок від позднелатинского regeneratio, що перекладається як «відродження», «відновлення». У біології, під регенерацією розуміється відновлення організмом втрачених або пошкоджених органів і тканин, а також відновлення цілого організму з його частини. Регенерацію можна спостерігати в природних умовах, а також вона може бути викликана експериментально.
Вперше, можливості регенерації у різних організмів були описані ще в XVIII столітті, проте і зараз не зовсім ясно, як відбувається цей процес. Найбільш наочний і широко поширений приклад регенерації у рослин -весеннее відновлення листя опалого восени. Однак, багато хто під регенерацією розуміють тільки відновлення насильно втрачених частин організму, таким чином, звужуючи значення терміна «регенерація». Розмноження рослин за допомогою живців - найпростіший випадок регенерації, коли з невеликої вегетативної частини відновлюється цілу рослину. У рослин широко поширена і такий вид регенерації, як регенерація з невеликих шматочків або відрізків кореня, кореневища або слані. У деяких рослин можлива регенерація цілого рослини з листових живців, або навіть шматочків листа, як наприклад, у бегоній.
Штучним шляхом вдавалася у деяких рослин регенерація з окремих ізольованих клітин і навіть з окремих ізольованих протопластів, а у деяких видів сифонових водоростей - навіть з невеликих ділянок їх многоядерной протоплазми. Прояву регенерації зазвичай сприяє молодий вік рослини, хоча при цьому, на занадто ранніх стадіях онтогенезу орган може виявитися нездатним до регенерації. В цілому ж, регенерація, це біологічне пристосування, яке забезпечує загоєння (заростання) ран, а також відновлення випадково втрачених органів, а нерідко є основою вегетативне розмноження цілого ряду видів. Саме тому, регенерація, як спосіб вегетативного розмноження, має велике значення для таких видів людської діяльності, як рослинництво, плодівництво, лісівництво, декоративне садівництво та ін.
Регенерація в тваринному світі - це в широкому сенсі: утворення нових структур замість втрачених. А термін "регенерація" для назви цього явища вперше був запропонований в 1712 французьким ученим Р. Реомюром, коли він вивчав відновлення втрачених ніг у річкового рака. Пізніше була встановлено, що у багатьох безхребетних регенерація цілого організму можлива з невеликого шматочка тіла, а ось у високоорганізованих тварин можлива регенерація лише окремі органи або їх частин. У тварин регенерація може відбуватися або шляхом зростання тканин на поверхні рани, або перебудовою частини органу в новий, або шляхом зростання залишку органу без зміни його форми.
Прикладів регенерації в тваринному світі у різних груп багато. Ось, наприклад, в амфібій, візьмемо представника сімейства саламандрові (Salamandridae), з загону хвостатих земноводних. Тіло у саламандр щільне, забарвлення одноколірна чорна, або з великими жовтими або оранжево-жовтими плямами; хвіст порівняно невеликий. У саламандр є добре розвинені привушні залози (паротиди), виділення яких у вогненній саламандри отруйні, а потрапляючи на дрібних тварин, можуть викликати їх загибель. Можливо тому, деякі хижаки хапають саламандру тільки за цілком їстівний хвіст, який саламандра, щоб залишитися живою, без жалю відкидає (автотомія), а з часом хвіст відновлюється, тобто відбувається його регенерація.
З прісноводних безхребетних тварин унікальною здатністю до регенерації, має гідра (Hydrida), з класу гідроїдних і типу кишковопорожнинних. Вона має циліндричне тіло, довжиною до 1 см, яке прикріплюється до субстрату плоскої підошви, а на іншому вільному кінці тіла знаходиться рот, оточений 4-20 щупальцями з жалкі клітини. Гідра - це жива копалина, яке зустрічалося ще 700 млн. Років тому. Гідри володіють виключно високою здатністю до регенерації, що було встановлено в середині 18 століття швейцарським натуралістом Трамбле Абраама. Вивчаючи гідру, він відкрив явище регенерації цілого організму з його частини або навіть з маси окремих клітин. Дослідник встановив, сто якщо гідру розрізати навпіл, то всього через три дні вона відтворює другу половину тіла. До сих пір не зрозуміло, як це відбувається!
Як показали сучасні дослідження відновлення пошкоджених ділянок органів і тканин забезпечують стовбурові клітини. Стовбурові клітини входять до складу постійно оновлюються тканин тварин і саме вони здатні в процесі розвитку ембріона до диференціювання, коли спочатку однакових клітини перетворюються в спеціалізовані. Якщо більшість тварин з віком практично втрачають здатність до виробництва стовбурових клітин, то у гідри - не втрачається, а все відбувається так, як ніби ми маємо справу з вічним ембріоном.
На відміну від гідри, у якій стовбурові клітини розташовані в середині тіла, а у планарії стовбурові клітини розташовані по всьому тілу. Планарії це вільноживучі, широко поширені (в прісних водах, рідше в морях а в тропіках і на грунті) війчасті черви, деякі з них бувають довжиною до 35 см. Коли в лабораторних умовах планарию розрізали на частини в області хвоста, голови, шиї і тулуба , то через деякий час з кожного шматочка з'являється нова незалежна істота. При цьому було встановлено, що на кожному місці розрізу у планарії утворюються стовбурові клітини. Цікавий і такий досвід з планарії. Вчений відсік планарії голову і зробив поздовжній розріз тіла. В результаті, через певний період часу відбулося відновлення планарії але вже з двома головами!
Про часткову регенерації людині було відомо і раніше. Так, у морських мешканців - крабів і омарів, при обламуванні клешні, з часом відновлюють її. На суші до регенерації втраченого хвоста здатні ящірки. Деякі амфібії мають здатність до регенерація лапок. Якщо аксолотль (личинка хвостатих земноводних - амбістом, здатна до неотении, тобто до розмноження на личинкової стадії) втратив лапку, то з часом у нього відростає нова лапка з усіма 4-ма пальцями. При цьому регенерація кінцівки відбувається тому, що клітини навколо ранки стають стовбуровими (хоча вони не були такими до ампутації) і починається процес будівництва. А якщо в лапці аксолотля робили штучний надріз, через який витягали шматочок нерва і потім обертали його шматочком шкіри, то на цьому місці згодом виростає ще одна кінцівка. Цікавою здатністю до регенерації володіє і тритон. У нього здатні до відновлення щелепи і очі.
Деякі тварини здатні відновлювати втрачені частини тіла. А чи може людина відновлювати втрачені органи? Регенерація у людини (як і у тварин) - утворення нових структур замість видалених або загиблих в результаті пошкодження (репаративна регенерація) або втрачених в процесі нормальної життєдіяльності (фізіологічна регенерація); вторинне розвиток, викликане втратою розвиненого раніше органу.
Спеціально проведені дослідження показали, що у ссавців і людини цілі зовнішні органи до регенерації не здатні, зате їх внутрішні органи, а також м'язи, скелет і шкіра здатні до часткової регенерації. Унікальною здатністю до регенерації володіє печінку, і це при тому, що клітини печінки - НЕ стовбурові, але вони можуть швидко розмножуватися, як тільки отримано ушкодження цього органу. Тому, навіть при видаленні 70% печінки вона регенерує.
В даний час в центрі уваги вчених знаходяться стовбурові клітини. У дорослому організмі стовбурові клітини знаходяться, в основному, в кістковому мозку і, в дуже невеликих кількостях, у всіх органах і тканинах: в шкірі, м'язах, жирі, кишечнику, нервової тканини і навіть сітківці ока. Нещодавно виявлено, що деякі клітини дорослого організму людини, по-видимому, хоча б частково мають здатність породжувати стовбурові клітини, характерні для ембріона. Пуповина новонароджених дітей - джерело стовбурових клітин, що володіють потужним потенціалом ...