Ogon, z którego odrasta jaszczurka? Tkanki ogórka morskiego odmawiają śmierci – czy mogą żyć wiecznie?

Oceany to dom dla jednych z najbardziej długowiecznych stworzeń na Ziemi. Gąbki szklane mogą przetrwać ponad 10 tysięcy lat, a niektóre gatunki małży (takie jak cyprina islandzka, zwana też quahog) potrafią osiągnąć wiek przekraczający pięć stuleci. Niektóre meduzy i stułbie opanowały z kolei sztukę samoregeneracji do tego stopnia, że teoretycznie uważa się je za nieśmiertelne. Okazuje się jednak, że to niepozorne strzykwy, potocznie nazywane morskimi ogórkami, kryją w sobie jeden z najbardziej fascynujących mechanizmów przetrwania, który wprost nie mieści nam się w głowie. Podważa on wszystko, co do tej pory wiedzieliśmy o zachowaniu odizolowanych komórek zwierzęcych.

Gdzie są granice naszego rozumienia biologii?

Zespół badawczy z kanadyjskiego Memorial University of Newfoundland, we współpracy z dr Rachel Sipler z amerykańskiego Bigelow Laboratory for Ocean Science, dokonał odkrycia bez precedensu. Naukowcy postanowili przetestować zdolności regeneracyjne jednego z gatunków strzykwy (Psolus fabricii), odcinając fragmenty jej czułków oraz nóżek ambulakralnych (drobnych narządów ruchu charakterystycznych dla szkarłupni).

Wyniki przeszły najśmielsze oczekiwania. Przez ponad trzy lata odizolowane tkanki przebywały samotnie w zbiorniku z przepływającą, naturalną wodą morską i nie uległy rozkładowi. Co więcej, okazało się, że wciąż są one biologicznie aktywne – ich procesy immunologiczne, metaboliczne i komórkowe pozostają nienaruszone. Tego typu przetrwania nie zaobserwowano wcześniej u żadnego znanego zwierzęcia na Ziemi.

Warto wiedzieć: strzykwy to mistrzowie przetrwania

Strzykwy (tzw. morskie ogórki) od milionów lat korzystają z drastycznych metod obronnych. Gdy zostają zaatakowane przez drapieżnika, wiele gatunków dokonuje zjawiska tzw. ewisceracji – dosłownie wyrzucają przez odbyt część swoich narządów wewnętrznych (np. płuca wodne czy fragmenty przewodu pokarmowego), aby zdezorientować lub nakarmić wroga. Gdy zagrożenie mija, strzykwa jest w stanie w pełni odtworzyć brakujące układy w przeciągu zaledwie kilku tygodni.

Ogon, który buduje nowe ciało

– Jeszcze nie wyhodowaliśmy nowej, kompletnej strzykwy, ale obserwujemy wzrost i zróżnicowanie komórek. I to dosłownie lata po usunięciu tej tkanki – wyjaśnia biogeochemiczka morska, dr Rachel Sipler. Badaczka tłumaczy, że chociaż wiemy doskonale, iż jaszczurka, która straci ogon, potrafi go zregenerować, jednak w przypadku strzykwy rozmawiamy o hipotetycznej sytuacji, w której to z odciętego ogona wyrasta nowa jaszczurka.

Psolus fabricii słynie z tego, że w swoim naturalnym, dzikim środowisku bywa ofiarą własnej niezdarności. Zwierzęta te regularnie uszkadzają lub tracą swoje nóżki i czułki, co wymusiło na nich wyewoluowanie potężnych zdolności regeneracyjnych.

Jak to działa?

Analizy mikroskopowe wykazały, że tuż po chirurgicznym usunięciu tkanki komórki odpornościowe błyskawicznie ruszyły do akcji, pozbywając się struktur martwych i uszkodzonych. Następnie rozpoczął się żmudny proces naprawy. Z biegiem czasu tkanki zaczęły aktywnie pobierać rozpuszczone w wodzie substancje odżywcze, systematycznie rosnąc i samodzielnie przebudowując swoją strukturę. Po latach obserwacji odizolowane czułki potrafią nadal reagować na bodźce dotykowe, co świadczy o zadziwiającym zachowaniu w pełni sprawnej sieci neuronowej. Badacze zaznaczają, że jest to pierwszy znany przypadek eksplantatu tkankowego, który rośnie długoterminowo w naturalnym środowisku.

Paradoks „brudnej” wody morskiej. Szukaliśmy w złym miejscu

Aby uświadomić sobie wagę tego odkrycia, należy spojrzeć na nie z perspektywy inżynierii tkankowej. Naukowcy od wieków próbowali utrzymać funkcjonalność odizolowanych komórek zwierzęcych. Choć udało się stworzyć nieśmiertelne linie komórkowe (z komórek macierzystych), wymagają one wysoce sterylnych i niezwykle restrykcyjnie kontrolowanych środowisk. Utrzymanie złożonej struktury tkanki wraz ze zróżnicowanymi komórkami i systemem dostarczania składników odżywczych jest ekstremalnie trudne. Nawet w specjalistycznych, odżywczych roztworach laboratoryjnych tkanka zwierzęca przeżywa zazwyczaj zaledwie około 9 tygodni.

Tymczasem amputowane nóżki strzykwy zdają się przebywać w swoim środowisku bez wyraźnego terminu ważności. – Naturalna woda morska to prawdopodobnie najbardziej zróżnicowane pod względem mikrobiologicznym i „najbardziej brudne” środowisko eksperymentalne, na jakie mogliśmy się zdecydować – podkreśla dr Sipler. Paradoksalnie to właśnie bogate w miliony bakterii i materię organiczną otoczenie stanowiło idealną pożywkę, wspierając procesy gojenia i rozrostu.

Wyjątkowy gatunek, który redefiniuje życie

Do tej pory jedyną kulturą tkankową, którą świat nauki uznał za zdolną do życia w „nieskończoność”, były próbki pobrane z zarodka kury. Nie wykazywały one jednak ani ułamka takich zdolności regeneracyjnych, jak te obserwowane u badanej strzykwy. Co istotne, ta niesamowita adaptacja nie jest uniwersalną cechą rzędu szkarłupni. Eksperymentując z innymi gatunkami strzykw morskich, zespół badawczy dowiódł, że ich eksplantaty obumierają po maksymalnie trzech i pół miesiąca.

Wygląda na to, że Psolus fabricii posiada absolutnie wyjątkową, wręcz przełomową oporność, o której współczesna nauka nie miała pojęcia. – Fakt, że eksplantaty mogą się goić, reorganizować i przetrwać niezależnie w naturalnej wodzie morskiej, sugeruje istnienie zupełnie nowego modelu odporności biologicznej i regeneracji – podsumowuje Andrea Bodnar z Gloucester Marine Genomics Institute.

Źródła: Science Advances, Laboratory of Ocean Science

Nasz autor

Jonasz Przybył

Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.