頭被砍掉還能再生，這種動物是“不死”的_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2021-12-22 15:21
全身可再生，不止是科幻電影裏的場景。
撰文 | 栗子
審校 | clefable
古希臘神話裏，有一種刀槍不入、巨毒無比的怪獸，名叫“海德拉”（Hydra）。按照大部分典籍的記載，這怪獸有九顆頭，所以人們也叫它“九頭蛇”。除此之外，海德拉還有一項令人膽寒的技能，它每次被砍掉一顆頭，便會立刻生出兩顆新的頭，很難被打敗。
在現實世界中，也有一些動物的頭部可以再生，比如水螅（Hydra）。於是，它們順理成章地繼承了邪惡怪獸海德拉的名號。相比之下，蚯蚓被截成兩段，有頭的一段可以再生出其他部分，沒有頭的一段卻無法變成一條完整的蚯蚓了。
而水螅包含頭部在內的所有部位基本都能再生，這代表它們在生物學上是不死的。除非通過餓死等等其他方式殺掉水螅，不然它們幾乎可以無限制地自我更新。因此，許多科學家為之着迷，好奇水螅頭部再生的機制究竟是怎樣的。
現在，加利福尼亞大學歐文分校的一支研究團隊，找到了一些頭緒。
不止一種方法能長出頭部
水螅屬於刺胞動物（Cnidaria），約有20-30種。它們身材小巧，短的體長大約1毫米，長的也只有20毫米左右。
要形容水螅的外觀，那大致就是一根圓管。管子的一邊是頭部，那裏有嘴（學名垂唇，Hypostome），嘴旁邊圍繞着一些帶刺的細長觸手，用來捕食。和我們的嘴不太一樣，水螅的嘴還起到肛門的作用。管子的另一端則是基盤，能牢牢附着在岩石或其他堅硬的表面。
只是，水螅頭部並沒有真正意義上的大腦，它有的是50-300個細胞組成的細胞團，可以叫頭部組織器（head organizer） ，長在嘴的近旁，負責安排一些發育過程：比如要長出一顆新頭時，這個細胞團會發出信號來決定其他細胞的命運，誰變成嘴的一部分，誰變成觸手的一部分等等。
不過通常來説，水螅要長出新頭不是因為頭掉了，而是在孕育後代。它們的一種主要繁殖方式是出芽生殖（budding），就像樹幹上長出新的枝杈那樣：由一個小小的芽體，慢慢變為一隻成熟的子代，等到不再依靠母體營養也可以獨立生活的時候，它便與母體脱離開來。
這個過程屬於無性繁殖，後代水螅的基因與母體幾乎一樣，也就是“克隆”。之前科學家們猜測，水螅被斷頭時，可能也要藉助同樣的機制來生成新的頭。
但這一次，研究團隊在普通水螅（Hydra vulgaris）身上，仔細觀察DNA的工作情況後，卻發現在無性繁殖時與斷頭再生時，活躍表達的基因有很大區別。也就是説，水螅有兩種不同的途徑來製造頭部，一種用來生產後代，一種用來拯救自己。
那麼，科學家是如何觀察DNA的？一個基因要表達，得先轉錄出mRNA（信使RNA），隨後mRNA會在核糖體裏被翻譯成蛋白質。而要進行轉錄，需要先讓DNA緻密的雙鏈變得鬆散一些，這個過程叫“染色質重塑”。所以，在水螅斷頭再生期間，只要看DNA雙鏈的哪個部分出現重塑，就能找出活躍表達的片段。
另外，轉錄過程需要啓動子（promoter），使特定的基因能被轉錄，也會需要增強子（enhancer），來加強某些基因的轉錄。啓動子和增強子不屬於基因，只是調控基因表達的元件，但也是DNA上的片段，位在基因上游或下游。研究團隊就是要觀察這樣的區域有無反應在進行，來確定哪些基因參與了斷頭再生。
結果科學家發現，在他們觀察的9998個啓動子和3018個增強子樣區域當中，確實有一部分在水螅斷頭再生過程中經歷了“染色質重塑”，或者説參與了再生任務。團隊還發現，負責與這些啓動子/增強子結合的轉錄因子，在斷頭再生期間的含量更豐富了。而一些跟發育有關的轉錄因子就在其中。
如此一來，科學家確認了參與水螅頭部再生的一些基因。當他們把這些基因，和水螅無性繁殖過程中活躍的基因放在一起，便發現很不一致。換句話説，與無性繁殖中製造頭部相比，斷頭再生是另一個獨特的過程。
它的大部分細胞，都是幹細胞
基因組本身沒有改變，只是換成一種與平常不同的基因調控方式，水螅就能完成斷頭再生的壯舉。這在生物學上就表觀遺傳學（epigenetics）的範疇。
你還可能記得，水螅頭上有個名叫“頭部組織器”的細胞團。在製造新頭的過程中，這個細胞團會告訴其他細胞，要成為嘴還是觸手還是別的部分。而當科學家切掉水螅的頭，水螅依然可以藉助表觀遺傳活動，調控基因表達，依靠其他部位的細胞生成新的“頭部組織器”，然後利用剩餘的任何細胞造出完整的新頭。
並且，水螅斷頭再生只需要大約48小時，而無性繁殖中長出一個新頭需要72小時左右。至於速度差距從哪來，今年3月的一項研究認為，水螅被斷頭後迅速重組嘴部，是緊急情況下的生存機制。而如今，科學家們將自己的成果與前人的研究結合起來，認為也是緊急情況令治療進程獲得了更高優先級，而生殖屬於日常活動，可以按照原有的速度進行。
不只限於頭部被砍，身體任何一個部位受到損傷時，水螅幾乎都可以在幾天內讓它們長回來。就算一隻水螅被攔腰砍成兩半，它還可以變成兩隻水螅。
水螅身體裏的大部分細胞都是幹細胞，它們的自我更新幾乎不受任何限制，也就很難遇到衰老相關的問題。而在人類身上，同樣全能的細胞可能只存在於胚胎早期。
曾經有其他科學家，用另外一種水螅——大乳頭水螅（Hydra magnipapillata）做過估算，認為在實驗室嚴格控制的條件下，有5%的水螅能活到1400年以上。
還有一些科學家不信邪，比如美國波莫納學院的生物學家丹尼爾·馬丁內茲（Daniel Martinez）就説過：“我曾經企圖證明水螅逃脱不了衰老，但我後來用自己的實驗數據，不止一次證明了那個想法是錯的。”
誰來組成頭部？
參考鏈接
https://www.eurekalert.org/news-releases/936568https://elifesciences.org/articles/60562https://www.the-scientist.com/news-opinion/how-hydras-regenerate-decapitated-heads-69523https://www.nature.com/articles/nature12789/https://www.insidescience.org/news/how-hydra-regrow-their-heads
本文經授權轉載自微信公眾號“環球科學”。
原論文：https://academic.oup.com/gbe/article/13/12/evab221/6455029