六角恐龙为什么要终生保持幼态

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六角恐龙,白嫩嫩的小胳膊小腿,扁脑袋黑眼睛一字嘴,头上扎着6根小红辫子,长得像人参娃娃一样讨人喜欢。

生活在水里的六角恐龙,既不是鱼,也不是恐龙。它的学名叫墨西哥钝口螈(Ambystomamexicanum,也叫美西钝口螈),是蝾螈家的宝宝。两栖类动物一共分3大家族,一家是没腿的蚓螈,蚓螈长得像大号蚯蚓一样。一家是有腿没尾巴的蛙族,青蛙和蟾蜍。还有一家是蝾螈,蝾螈有腿有尾巴,长得像蜥蜴。不同之处在于,蜥蜴有鳞片,而蝾螈像青蛙一样,皮肤光滑,还裹了一层黏液。中国大鲵,娃娃鱼,就是大块头的蝾螈。

两栖动物从水生到陆生的过渡,经历了一段变态过程。幼儿在水里用鳃呼吸,成年上岸,完成身体转变,用肺和皮肤呼吸。变态过程中,我们最熟悉的是蝌蚪变青蛙。蝾螈跟蛙族一样,幼卵孵化后像蝌蚪一样长着大脑袋长尾巴,幼体蝾螈跟蝌蚪不同的地方是它的脑袋两侧各支楞出3根小辫子,这是它的外鳃,水中呼吸器。幼体慢慢长大,长出4条腿,褪去外鳃和尾鳍,变换一下皮肤色彩,然后上岸讨生活。除了六角恐龙等部分蝾螈外,其他的成年蝾螈都在陆地上生活,繁殖时在水里产卵。小孩从水到地,重复一次父辈的变态过程,生命轮回前进。

六角恐龙,蝾螈家族里最任性也最有神力的宝宝,一辈子只在水里做幼童,不变态不上岸。除了能够永葆童颜外,六角恐龙拥有无人能及的再生能力。胳膊、腿、尾巴,五肢掉了根本不成问题,几个月就能长回来。连破损的脊椎、心脏、大脑都能长健全。它的再生神力,碾压所有的脊椎动物,甚至,还带来了人类重生断肢的希望。

幼态性熟

六角的童年,跟其他蝾螈没有什么不同。从卵孵化成大头幼体后,六角逐渐长出四肢,改变皮肤颜色。当其他蝾螈褪去外鳃,爬上陆地时,六角依然保留着它的外鳃和尾鳍,固执地呆在水里不出来。六角恐龙的名称来自于它终生保留的6根外鳃。

脑袋两侧的外鳃像毛绒绒的小辫子,上面布满羽毛一样的细丝,这是鳃丝,细密的鳃丝增加鳃的表面积,增强气体交换能力。每根鳃丝包含一个毛细血管网络,血管里的血流方向和水流方向相反,水流流过鳃丝,溶解在水里的氧气进入血管,体内的二氧化碳从鳃丝排除。

呆在水里的六角,身体结构上停止了变态过程,不过它仍在成长,身体越长越大,内在器官也依次发育成熟。性成熟的六角在水里找伴侣,产卵下崽,一家子都呆在水里。

有了小宝宝的六角爸爸,除了身形放大很多外,外貌跟小宝宝一样呆萌可爱。六角一辈子做宝宝的任性生活,在生物学上叫做幼态性熟(neoteny)。

图片右边白嫩嫩的六角,是人工孵化的品种,野生六角通常是褐色,如同图片左边的那位,也同样呆萌。[百家号-法兰西is培根-未经授权请勿转载其他平台]

肢体再生

长相幼稚的六角,性格却十分暴躁凶狠,逮谁咬谁。外族的小鱼小虾不用说,看到就要咬一口。就算是本族的兄弟姐妹在一起,一言不合也会动手,一动手就是头破血流,甚至缺失肢体的重伤。不过,缺胳膊断腿对六角来说根本不算回事,缺哪儿长哪儿,长全了再继续打架。

生命是场搏斗,在饥肠辘辘的同胞兄妹眼中,六角的小胳膊小腿是一顿晚餐,撕咬下来正好填饱自己的肚皮。再生对六角来说,不是超越众生的神力,而是赖以生存的能力。如果没有强大的再生能力,缺手断脚的六角早就消失在历史尘埃之中了。

六角的胳膊断了,流血不多,表皮细胞及时封闭伤口处,然后长出一个名叫“胚芽”的肿块。两个月后,胚芽长成健全的胳膊、手腕和手掌,分出4根细长的手指头。新胳膊跟原来一模一样,伤口处连一丝疤痕都看不到。

胚芽是一团未分化的细胞组织,类似于干细胞。胚芽里未分化的细胞,被激发分化,生长成表皮、骨骼、肌肉,还有神经组织细胞,最后是完整的胳膊。更加厉害的是,新胳膊掉了以后,还能再长新的。以旧换新,一共能换5次。

六角的再生力越小越强大,在孵化后的28天内,六角还能再生晶状体,但过了早期的那段时间,晶状体就不能再生了。家族里其它蝾螈的再生能力都比不上六角,是不是跟它保持幼态性熟的能力有关系?如果六角跟其他蝾螈一样,变态上岸的话,会不会失去再生的能力?为了研究这个问题,生物学家人工诱导六角变态为成体。

成年体六角

上图是六角恐龙的成年照,褪去6根外鳃的成年六角,像条长了4条腿的肉虫子,远远没有幼时好看可爱。

在六角生活的水中加入碘,或是直接给六角注射甲状腺激素,能诱发六角完成变态。美国东北大学团队,人工诱发一批六角变态为成体,对比同一年龄(孵化后9个月)幼体和成体六角的肢体再生过程。

上图是幼体和成体的再生对比。团队从肘部截断10只幼体、28只成体六角的前臂,记录它们肢体再生情况。同龄的幼体比成体再生速度要快,幼体在第22天开始长手指头,而成体在第32天开始长。到66天时,幼体已经长全了完整的新前臂,成体只完成60%的再生。

成年体的六角,再生能力比幼体降低2倍,再生速度也比幼体要慢,而且还会出现手腕和手指畸形。图中的幼体长出的是4根纤细的手指,健全的手掌,而成体长出的是3根分支不全的手指,畸形的手掌。

成体除了再生能力比幼态削弱很多以外,寿命也比幼态缩短很多。越长大越退步的六角,还是永远呆在水里做宝宝最好。既能拥有青春,享受加长生命,又能一直保持再生力量。问题是六角再生的神力来自何处?

解密再生力

再生力,生物界自我修复的本领,每个人身上都有。你的手背上划开一道口子,保持伤口干净,几天就能愈合。骨头折了,打上石膏固定位置,几周后连上了。手术切除大半的胃,还能再长出新的组织。

动物界再生力最厉害的首推无脊椎动物,丝带蠕虫掉了脑袋能长出个新头。海星,切成两半,长出2只海星。而在脊椎动物界,再生能力最强的是六角恐龙,除了肢体以外,它还能再生部分脊椎、大脑、心脏,甚至还有眼睛里的视网膜和晶状体。

再生肢体和简单的组织器官,其他动物也能做到,但是六角为什么连复杂的器官都能再生?它的能力早在年前就开始被研究。年,34条野生六角从墨西哥带到巴黎。之后六角在实验室里人工繁殖了无数代,后代从欧洲运到美国,运到世界各地实验室,现在水族馆、宠物店里看到的六角都是当年34条野生六角的后代。褐色的野生六角蜕变成白色、金色,唯一不变的是断肢再生的能力。历经年的实验室研究,它再生的秘密只被解开了一小部分。

六角难解之谜,一个主要原因是它的基因组太大了。个头只有30厘米长的六角,基因组里有亿个碱基对,比人类基因组大10倍。维也纳分子病理研究所联合其他团队,直到年才完整破译了六角的全部遗传信息。六角的基因组也是迄今为止被测序的最大基因组。

完成六角基因组测序,意味着可以跟人类的基因组做比对。虽然六角基因组超过人类的10倍,但同为脊椎动物,基因组有很多相似之处,可以互作比对。找到其中不同之处,就能找到人类肢体再生的开关。

当你还在胚胎中时,基因指挥细胞生长,长全5根手指头后,调控基因就关闭了。如果开关不关闭,也许你会长出第6根手指。我们的调控基因在生长完成后永久关闭,而六角的基因开关却不同。当它失去手指后,调控基因会复活,重新打开开关,调度伤口附近的细胞,驱使它们从静止状态进入再生状态。断肢处的胚芽块就像最初胚胎里的细胞一样,开始分化生长。

找到了六角的再生基因是哪些,我们可以参照着复活自己已经关闭的调控基因,以后壮士断腕不再惨烈,断腕还能重生。前景充满希望,但再生基因的实际操作却很困难,到目前为止,东北大学团队只确认了一种名叫neuregulin-1的分子,它对四肢、肺部和心脏的再生至关重要。找全完整的再生基因,才开了头,后面还有一段长路。

六角,保持永远长不大的幼态,不仅能享受加长生命,更重要的是,能一直保持幼态时的肢体再生力量。

在世界各地实验室里呆了年的六角恐龙,呆萌外貌下,蕴藏着让人类肢体再生的宝藏。



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