Защитные приспособления. Регенерация амфибий

Хвостатые земноводные…

Их кожа голая и конечности всегда имеются; хвост сохраняется на всю жизнь. Орган слуха без среднего уха и барабанной перепонки. У одних жабры или жаберные отверстия сохраняются на всю жизнь, глаза без век, позвонки амфицельного типа; живут в воде - подпорядок рыбообразных - Ichtyoidea. У других ни жабр, ни отверстий жаберных не сохраняется, глаза с веками, позвонки - опистоцельного типа, живут частью в воде, частью на суше - подпорядок саламандровых (см.), Salamandrina. A. Ichtyoidea подразделяются на две группы: a) Perennibranchiata, или постоянножаберные с постоянными наружными жабрами и жаберными щелями, b) Derotremata, или щележаберные без наружных жабр, но с оперкулярным отверстием с каждой стороны шеи и с единственной жаберной щелью. К Perennibranchiata относятся: Р. Siren - развиты только передние конечности с 3 - 4 пальцами; с 3-мя парами жаберных щелей. S. lacertina - в стоячих водах Южной Каролины достигает 3-х футов. Р. Proteus (см. Протей) - 4 конечности (передние с 3-мя, задние с 2-мя пальцами); с двумя жаберными щелями с каждой стороны. Р. anguineus и др. в надземных водах Каринтии и Далмации; с рудиментарными глазами. Р. Necturus seu Menobranchus - 4 конечности с 4-мя пальцами и 2 жаберные щели. M. lateralis, живущий в Миссисипи, представляет, по некоторым, будто бы, личиночную стадию Batrachoseps. К Derotremata относятся: Р. Amphiuma (Флорида) с 2-мя или 3-мя пальцами на конечностях. Р. Menopoma (Пенсильвания и Виргиния) и Р. Cryptobranchus (Sieboldia, см. Скрытожаберник) - оба с 4-мя пальцами на передних ногах и 5-ю на задних. Жаберное отверстие у Cryptobranchus достигает 3-х футов длины, облитерируется, а у предыдущих родов остается. К Salamandrina относятся: сем. Amblystomidae с интересным родом Amblystoma (Мексика), личиночная стадия которого, обладающая способностью к половому размножению, разводится в аквариях и известна под именем аксолота (Siredon axolotl sive pisciformis), и сем. Salamandridae с р. Molge sive Triton, живущим в воде, со сплюснутым хвостом и без заушных желез, и р. Salamandra, наземная форма с цилиндрическим хвостом и сильно развитыми заушными железами, выпрыскивающими ядовитую жидкость. Р. Triton - тритон представлен в Европейской России видами: Т. taeniatus (см. Тритоновые и Тритоны) и Т. crisiatus, Р. Salamandra (см. Саламандры) в своих видах S. maculosa и S. atra (живородяща) распространен по всей Европ. Юго- зап. России. Углозубы (лат. Hynobiidae) - семейство из отряда хвостатые земноводные (Caudata).

Семейство углозубы - хвостатые земноводные мелких или средних размеров (до 200 мм, род Ranodon), обитающие в основном в Азии, кроме одного вида, сибирского углозуба (Salamandrella keyserlingii), который проникает в европейскую часть России. Жизненный цикл - типичный для амфибий двухстадийный, с водной личинкой и взрослыми особями, ведущими водный или наземный образ жизни. Личинки с наружными жабрами, 4 парами жаберных щелей и хвостовой нитью. Взрослые после метаморфоза вне периода размножения живут на суше, кроме постоянноводных представителей родов Batrachuperus, Liua и Pachyhynobius. У взрослых имеются хорошо развитые лёгкие за исключением безлегочных тритонов рода Onychodactylus. Оплодотворение наружное.

Среди других хвостатых земноводных углозубы выделяются большим числом хромосом в кариотипе (до 78 в диплоидном наборе), наличием угловой кости (os angulare) в составе нижней челюсти. Последняя черта вместе с другими особенностями строения скелета считается примитивной для отряда, где прослеживается явная тенденция к редукции костных элементов, и позволяет говорить об углозубах как о группе, наиболее сходной с древнейшими общими предками всех хвостатых земноводных.

Углозубы - также единственное семейство в отряде, ограниченное в своем распространении Евразией. Ареал семейства на континенте обширный, но крайне разорванный: встречаются от Ирана до Японии, наибольшее видовое разнообразие наблюдается в Восточной Азии. Один из видов, уже упомянутый сибирский углозуб (Salamandrella keyserlingii), обитает на огромном пространстве от Архангельской и Нижегородской области на западе до Чукотки, Камчатки и Хоккайдо на востоке и от зоны лесотундр на севере до лесостепей на юге, хотя в целом в группе преобладают горные виды с крошечными ареалами, охватывающими склоны небольшого хребта или даже одной горы. От других азиатских хвостатых - саламандровых (Salamandridae) с бородавчатой кожей и гигантских неотенических саламандр из семейства скрытожаберников (Cryptobranchidae) - углозубы легко отличаются по своему внешнему виду.

Икру разные виды откладывают в текущие или стоячие водоёмы. Каждая кладка обычно представляет собой парные студенистые икряные мешки, содержащие яйца и прикрепляющиеся к камням или подводным растениям. Форма, размеры икряных мешков, способ упаковки в них яиц я вляются таксономической характеристикой и служат для установления родства между родами.

Интересные факты

Сибирский углозуб был возвращён к жизнедеятельности после сотни лет в криогенном анабиозе.

Скрытожаберники (лат. Cryptobranchidae) - семейство из отряда хвостатые земноводные (Caudata), самые крупные амфибии из ныне существующих (достигают размеров до 1,5-1,8 метров). Ведут вторично-водный образ жизни и считаются самыми примитивными из современных хвостатых амфибий. Оплодотворение наружное, характерное только для примитивных групп амфибий. В настоящее время ареал охватывает США, Китай и Японию.

В настоящее время семейство представлено тремя видами, объединёнными в два рода. Все они крайне редки и занесены в Красную книгу.

Andrias - исполинские саламандры

A. davidianus - китайская исполинская саламандра

A. japonicus - японская исполинская саламандра

† Andrias scheuchzeri

Cryptobranchus - Скрытножаберники

C. alleganiensis - аллеганский скрытожаберник

Сиреновые (лат. Sirenidae) - единственное семейство подотряда Sirenoidea, входящее в отряд хвостатые земноводные (Caudata). Семейство, включающее четыре вида, объединённые в два рода.

Название происходит (как и у большинства других хвостатых амфибий) от существ греческой мифологии - сирен, однако название животных в русском языке имеет мужской род.

Все представители семейства имеют узкое удлиненное змеевидное тело и только две передние конечности (задние или отсутствуют, или рудиментарны). Жабры сохраняются в течение всей жизни (одно из проявлений неотении). Длина озёрного сирена может достигать 70 сантиметров. Ареал - болота юго-востока США и севера Мексики. Питаются беспозвоночными и мелкой рыбой. Амбистомовые, называемые в англоязычных странах кротовыми саламандрами - э ндемики Северной Америки, где распространены от южной Канады и юго-восточной Аляски до Мексики. Амбистомы известны благодаря своему представителю - аксолотлю (Ambystoma mexicanum), которого широко использовали как лабораторное животное в различных исследованиях, после чего он попал уже к аквариумистам. Другие амбистомы - тигровые (A. tigrinum, A. mavortium) - являются наиболее обычными земноводными во многих американских штатах, и их тоже порой держат как домашних питомцев. Существование в популяциях крупных личинок делает ряд видов амбистом полностью или частично неотеническими. Взрослые особи у таких видов не покидают водоёмы, сохраняют жабры и плавниковые складки, хотя их лёгкие также развиваются, служа дополнительным органом дыхания. Они достигают половозрелости, не проходя метаморфоз.

Неотенические популяции и виды амбистом первоначально были обнаружены в гористых районах Соединённых Штатов и на Центральном плато в Мексике. Условия, способствующие возникновению неотении - это значительная высота над уровнем моря, отсутствие водных хищников и засушливые условия за пределами водоёмов. Большинство неотенических популяций принадлежит к комплексу видов тигровой амбистомы - Ambystoma tigrinum, A. velasci, A. mavortium и близкие виды.

Полностью неотенические виды амбистом называются аксолотлями - A. mexicanum, A. taylori, A. andersoni и A. dumerilii. Неотеники сохраняют повышенную способность к регенерации, характерную для молодых личинок, и могут восстанавливать утраченные конечности, хвост и практически любой внутренний орган. (см также Хвостатые земноводные - Регенерация)

Взрослые, живущие на суше амбистомы отличаются широкой головой, маленькими глазами, плотным коренастым туловищем с заметными костальными бороздами, тонкими конечностями и округлым в сечении хвостом. Многие виды эффектно окрашены: с яркими разнообразной формы и цвета (от синих крапинок до крупных жёлтых лент) пятнами на тёмном фоне. Наземные взрослые особи большую часть жизни проводят под пологом леса под листовым опадом или в норах, которые роют сами либо занимают оставленные другими животными. Ряд северных видов в этих же норах зимуют. Живут поодиночке и питаются различными беспозвоночными. К воде взрослые возвращаются только в короткий период размножения, выбирая для этого те же водоёмы, где в своё время появились на свет. Чаще всего это происходит ранней весной, но ряд видов размножается осенью, например кольчатая амбистома (A. annulatum) и мраморная (A. opacum).

Все виды яйцекладущи, икринки, заключенные по нескольку десятков, а иногда и сотен штук в отдельные мешки, откладываются в стоячие или медленнотекущие водоёмы, только мраморная амбистома помещает икринки в различные углубления грунта на суше, которые затем быстро заполняются водой осенними дождями. Личинки водные, по пропорциям и сложению похожи на взрослых особей. От них отличают 3 пары наружных жабр с 4 парами жаберных щелей позади головы. На жабрах располагаются алые от множества наполненных кровью капилляров нитевидные жаберные лепестки. Кроме того, от основания головы до конца хвоста со спинной стороны и от конца хвоста до клоаки с брюшной у личинки протянуты высокие кожные складки, образующие хвостовой плавник. Хвост обычно завершается хвостовой нитью. Конечности имеются с момента рождения личинки с 4 пальцами на передних и 5 - на задних. Глаза личинок лишены век и «невыпученные», «рыбьи». Общая окраска как правило неяркая и однотонная. Плавают, изгибая тело подобно рыбам. Личинки некоторых видов (особенно южных популяций тигровых амбистом и близких видов) способны вырастать до размеров взрослых, не подвергаясь метаморфозу. В процессе метаморфоза исчезают жабры и плавниковые складки, животное линяет, кожа начинает приобретать типичную для взрослых окраску, у глаз появляются веки. Окончательно развиваются лёгкие, подготавливая животное к полностью наземному существованию.

Амфиумовые (лат. Amphiumidae) - семейство отряда хвостатых земноводных . Представлено одним родом с тремя видами. Населяют болота юго-востока США.

Амфиумовые имеют длинное серо-чёрное змеевидное тело. Конечности имеются, но очень небольшие (при длине тела в 115 см ноги имеют размер не более 2 см). У животных отсутствуют веки и язык. Личинки имеют внешние жабры, но приблизительно через четыре месяца (когда начинают работать лёгкие) они исчезают. Однако одна пара жаберных щелей с полностью функционирующими внутренними жабрами сохраняется, поэтому метаморфоз остается неполным. Амфиумы (Amphiuma) - одни из самых странных земноводных: по форме они напоминают угря, но у них есть четыре непропорционально маленькие зачаточные ножки, которыми они не пользуются.

Глаза у амфибий маленькие, лишенные век. По своему строению эти животные напоминают личинок земноводных, остановившихся в своем развитии. Но в отличие от общеизвестных аксолотлей амфиумы "решили сделать остановку" на более поздней стадии развития, а именно на стадии завершения метаморфоза, т.е. превращения во "взрослое" животное. Об этом свидетельствуют остаточные жаберные отверстия. Кроме того, для зубной системы амфиум характерны также личиночные черты.

Живут амфиумы на юге и юго-востоке США. Раньше считалось, что в семейство и род входит только один вид с несколькими подвидами, но теперь различают три вида.

Наиболее крупная из амфибий - Amphiuma means.

Для охоты амфиумы выползают на мелководье, а в дождливую и влажную погоду появляются на суше. Как и другие представители рода, A. Means активна в основном ночью, а днем прячется в укрытиях. Однако в отличие от подавляющего большинства земноводных она довольно агрессивна и при попытке взять ее в руки может довольно чувствительно укусить. Кроме того, из-за скользкой кожи A. Means очень трудно удержать в руках.

Питается эта амфиума довольно крупной добычей: раками, рыбой, лягушками, даже мелкими змеями, но может очень долго прожить без традиционной пищи. Известен случай, когда одна амфиума прожила в аквариуме четыре года, питаясь лишь собственной кожей, которая покрывалась обрастаниями и сбрасывалась раз в три-четыре дня.

Размножение амфиум тоже весьма примечательно. Оно происходит в июне-июле (в Северной Каролине и Северной Флориде, США) или в январе-феврале (в Южной Флориде). Самка откладывает около 200 яиц в небольшую полость под каким-нибудь предметом, обвивает кладку своим телом и "инкубирует" ее в таком положении весьма долго - около 5 мес. Кладка икры представляет собой длинный шнур, свернутый в виде шара. Во время "инкубации" самка защищает кладку, бросаясь на потенциальных врагов. Из икры вылупляются крупные личинки длиной около 55 мм со светлоокрашенными наружными жабрами, которые сбрасываются вскоре после выклева. В это время личинки имеют относительно длинные ноги, используемые при ползании. Позднее ноги "за ненадобностью" как бы перестают расти и развиваться. Очевидно, это связано со значительным удлинением тела, при котором животное передвигается "угревидным" (или "змеевидным") способом.

Об образе жизни личинок известно мало. Видимо, из-за вполне оправданной осторожности они держаться на расстоянии от крупных сородичей. Личинки уже вскоре после выклева, при длине около 7 см, приобретают основные черты внешности взрослого животного.

Амфиумы хорошо переносят неволю. Известен случай, когда A. Means прожила в террариуме 27 лет.

Практически всё время находятся в воде, становясь активнее к вечеру. Рацион составляют различные водные животные: мелкие амфибии и рептилии, рыбы, ракообразные и т. д.

Безлёгочные саламандры (лат. Plethodontidae) - семейство отряда хвостатых земноводных. Характерной особенностью этого семейства является отсутствие лёгких, дыхание осуществляется через кожу, а также наличие двухкамерного сердца. Также у этих саламандр отсутствует стадия личинок, молодые особи по строению не отличаются от взрослых.

Обитают в преимущественно в Новом Свете - от США до северных государств Южной Америки. Несколько видов рода Speleomantes живут в Европе и один Karsenia koreana в Азии. Естественная среда - субтропические и тропические сухие леса, низины, влажные горы, плантации и деревенские сады.

Данное семейство насчитывает большее количество видов, чем все остальные семейства хвостатых земноводных вместе взятые.

Как предполагается, некоторым хвостатым земноводным в своё время понадобилось снова вернуться в воду (как Скрытожаберники). Однако, затем снова пришлось выйти из воды. Но вторично приобрести лёгкие не удалось. Вот и дожили эти земноводные до наших дней, дыша через кожу и слизистую рта.

Гигантские амбистомы (Dicamptodontidae) - семейство отряда хвостатых земноводных . Включает несколько видов амфибий, обитающих на западном побережье США и в Британской Колумбии.

Первоначально включалось в семейство амбистомовые. В настоящее время по данным иностранной литературы из семейства гигантских амбистом в отдельное семейство выделен род Rhyacotriton, однако в русскоязычной литературе данных об этом нет.

Саламандровые (лат. Salamandridae) (Urodela). Насчитывают около 90 современных видов, объединяемых в 22 рода и 3 подсемейства. Распространены в Европе, на северо-западе Африки, в Малой Азии, Китае, Индии и Индокитае; в Новом Свете - от юга Канады до севера Мексики. На территории России - 4 вида[источник не указан 120 дней].

Саламандра во многих мифах упоминается как существо, живущее в огне или состоящее из огня. В Средневековье образ огненной саламандры был очень популярен, упоминания о ней встречаются в текстах Аристотеля и Цицерона. Алхимики считали саламандру субстанцией огня, его душой, и даже воплощением философского камня. Саламандру, её изображение используется в качестве символики. У древних людей вызывал непонимание факт "появления" саламандры из огня, который в реальности объясняется просто: если люди бросали в костёр влажное бревно, со спрятавшейся в нём от солнца саламандрой, влажное дерево гасило огонь, а сама саламандра выползала наружу.

Средневековые маги и алхимики считали саламандру духом огня. Было принято считать, что для поддержания равенства 4 стихий - огня, земли, воздуха и воды - должны существовать животные, которые могли жить в огне. Таковым животным и стала саламандра. Вера людей в способность саламандры жить в пламени сохранялась до конца эпохи Возрождения, и многим виделись в огне пляшущие маленькие ящерицы.

Образ саламандры широко использовался в символике. В средневековой алхимии саламандра была символом философского камня. Христиане воспринимали саламандру как символ борьбы христианской души против грешных желаний плоти. В геральдике четырехлапая саламандра, окруженная пламенем, символизировала стойкость и презрение к опасности.

Огненная саламандра или пятнистая, обыкновенная саламандра (лат. Salamandra salamandra) – самое известное животное из рода саламандр (лат. Salamandra) отряда хвостатых земноводных. Именно это животное в силу своей пятнистой окраски и послужило прототипом для всех аллегорий, мифов и легенд, связанных с саламандрами. Как уже писалось выше, начало огненному образу положила окраска животного. Его желтые и оранжевые пятна на шкуре древние ученые, в частности Плиний Старший и Альберт Великий пытались связать со светом далеких звезд. Считалось, что огненная саламандра как-то влияет на появление метеоров, комет и новых звезд, а они в ответ влияют на расположение цветных пятен на ее шкуре. Также имела место связь с различными огненными явлениями, так как вытянутые пятна на шкуре ученые ассоциировали с языками пламени. Символизм в те времена был очень популярен, что принесло известность и этому яркому животному – пятнистой саламандре и нарисовало связь его с огнем. Чтобы понять, откуда пошла эта легенда об огненной саламандре, заглянем в мифы древней Греции и Иудейского царства. В древнееврейской легенде «Врата небе» есть такие строки: “Из огня рождается животное, называемое саламандрой, которое питается одним огнем; и огонь даже является ее материей, и она появится в сверкании печей, которые горят в течение семи лет”, которые позже вошли в первую книгу о хвостатых земноводных под авторством Вурфбайна. Образ пятнистой саламандры, связанной со стихией огня, перекочевал в средневековые трактаты по символизму, алхимии и нашел связь с религиозной символикой. В «Физиологе», книге, написанной в 3 веке нашей эры и являющейся сборником и своеобразной интерпретацией дохристианских трудом по зоологии, огненная саламандра ставится в соответствие трем праведным людям, не сгоревшим в печи огненной. Далее образ саламандры распространился по различным бестиариям и обрел популярность, а легенда обросла корнями и прочно вошла в умы людей.

Этот миф о пятнистой саламандре нашел отражение и в трудах Аристотеля. В своей книге «Истории животных» он рассказывал, что саламандра имеет способность и склонность гасить любой огонь. Люди тогда были доверчивые и из шкур пятнистой саламандры начали делать различные обереги и талисманы, защищающие от огня. Ученый Вурфбайн, о котором говорилось выше, давал такой рецепт защиты от огня: брался кусок пергамента и на нем под слова необходимых заклятий кровью огненной саламандры писалось в виде особо треугольника слово salamandra.

Найти истоки этого мифа тоже несложно, средневековые ученые наделяли саламандру способностью гасить огонь благодаря ее «холоду», то есть тому, что хоть это животное и считалось огненным, но тело ее холодное, как у любого земноводного, а зачастую и склизкое и мокрое, так как живет саламандра в воде в горных реках. Не сложно понять, что эта холодность пятнистой саламандры не имеет никакого отношения к стойкости и противостоянию огню, но символизм тогда был очень силен. Правда, огненная саламандра вырабатывает слизь, которое на суше предохраняет ее кожу от высыхания, может спасти саламандру от пламени огня и смерти в нем, но только лишь при небольшом огне и на краткий промежуток времени, за который она может успеть убежать.

Сейчас ученым известно, что огненная или пятнистая саламандра – самое обычное земноводное. Но и в средние века некоторые авторы подвергали сомнениям способность животного жить в пламени и питаться огнем. Фактически, саламандра алхимиков уничтожала огненный мусор, как сейчас этим занимаются канальные измельчители на более современном и продвинутом уровне. Два ученых тех времен – Хопфер и Шмидт даже написали диссертацию по опровержению этого факта. Правда, их выводы не были подкреплены экспериментальными данными, а основаны лишь на умозрительных заключениях. Один из их выводом таков: огонь – слишком простой элемент, чтобы иметь возможность превращаться в животную субстанцию саламандры, а кроме этого, огонь не входит в саламандру как элемент. И значит – огненная саламандра не может питаться пламенем. Конечно, выводы эти тогда были еще довольно шаткими, так что легенда об огненных свойствах саламандры просуществовала еще очень долго, до открытий науки. И даже сейчас она еще жива в умах мистических людей.

Протеи (лат. Proteidae) - семейство хвостатых земноводных . Состоит из двух родов, обитающих в Северной Америке (Necturus) и Европе (Proteus). Ведут водный образ жизни. Предположительно, протеи представляют собой неотенические личинки неизвестных древних саламандр, поскольку способные к размножению взрослые особи протеев имеют все характерные черты личинок хвостатых амфибий.

Семейство протеев характеризуется вытянутым телом, двумя парами слабых конечностей, а также хвостом с плавательной складкой. Имеют три пары перистых наружных жабр ярко-красного цвета. Лёгкие взрослых удлинённые, гладкостенные. Глаза маленькие, лишенные век или скрыты под кожей. Верхнечелюстные кости отсутствуют, поэтому зубы имеются только на нижней челюсти и межчелюстных костях.

Проявляет отрицательный фототропизм даже после обезглавливания (светочувствительна вся поверхность тела, особенно голова и хвост).

У американских протеев самка откладывает несколько десятков яиц и охраняет их до вылупления личинок. У европейского протея самка обычно рождает двух живых личинок, а в неволе при температуре около 20°С самки этого вида откладывали от 12 до 80 жизнеспособных яиц.

Протей европейский (Proteus anguinus) известен в средневековом предании как «дракон-ольм» (в переводе с немецкого «дракон-личинка»), обитающий в недоступных горных пещерах. Европейцы верили что дракон-ольм это только что родившийся детёныш большого дракона, обитающего в глубоком подземелье. Вот ещё одна легенда об этом интересном животном. В 1751 году в словенской деревне произошло наводнение невиданной силы. «Страшный дракон Ольм резвится в горах», – решили крестьяне и призвали священника, как единственное средство остановить разбушевавшееся чудовище.

К приходу священника дракон Ольм был вынесен из своего подземного царства на поверхность. Зрелище было не столь ужасающим, как ожидалось: небольшое существо, похожее на тритона, с пучками красных жабр и слабенькими лапками – таким оказался грозный дракон. С тех пор он стал известен ученым и получил научное название протей.

Нам милей и знакомей другие представители этого отряда - тритоны.

Тритон – земноводное, представитель рода собственно тритонов из семейства саламандровых и безлёгочных тритонов из семейства углозубов. Само слово «тритон» пошло из античной мифологии, так называлось морское божество. Тритоны могут достигать 20 сантиметров, хотя средняя длина тритона всего 9 см. Спины самцов тритона оливково-бурые или коричневые с тёмными пятнами, спины самок песочно-жёлтые На голове имеются продольные тёмные полосы. Брюшко - желтоватое, с мелкими тёмными пятнами. Кожа обычно гладкая, но встречаются некоторые виды, у которых кожа крупнозернистая, шершавая.

Где живут тритоны?

Живут тритоны в лесах, в горах, поднимаясь до 2700 м, в водоёмах (мелкие озера, старицы, пруды, канавы, ручьи, ямы с водой). Днём тритоны прячутся под корой упавших деревьев, в трухлявых пнях, под упавшими листьями, иногда в норах грызунов. Ночью питаются на суше.

Питаются тритоны личинками комаров, червями, слизнями, мокрицами, мухами, сверчками и улитками, стрекозами. Большое значение в питании тритонов имеют низшие ракообразные. В водоёмах могут находиться круглые сутки. В октябре тритоны уходят на зимовку по 3-5 особей (в кучи листвы, норы грызунов и кротов недалеко от водоёмов). После зимовки они отправляются в водоёмы, где через 5-10 дней и приступают к размножению.

Какое существо может отрастить себе новый мозг? December 13th, 2016

Аксолотль, как было установлено учеными, является личинкой мексиканской амбистомы. Амбистомы (Ambystomatidae), семейство хвостатых амфибий. Амбистома — сухопутное животное, внешне похожая на крупную саламандру, но более скромной расцветки.

У аксолотля есть фантастическая способность отращивать утраченные органы.

Мы, конечно, знаем и других животных, которые могут отращивать новые хвосты или лапы, но всем им до аксолотля очень-очень далеко: он умеет полностью восстанавливать не только конечности, но и глаза, челюсти, сердце. И наконец - это единственное позвоночное, которое может заново отрастить повреждённые фрагменты своего мозга.

Как же это происходит?

Исследователи из Института Броуда (Broad Institute of MIT and Harvard) обнаружили, что частично разрушенный паллиум (часть переднего мозга, которая у человека образует кору больших полушарий) аксолотля способен образовывать все типы нейронов, которые были в нём до повреждения. Это означает, что вновь сформированная ткань мозга амфибии может подавать все те же сигналы, что были в её "арсенале" до ранения. Однако есть и ограничения: аксоны (длинные отростки нейронов), связывающие паллиум с другими частями мозга при регенерации, у аксолотлей образуются достаточно плохо. Работа опубликована в журнале eLife.

Ранее уже было известно, что личинки саламандр — аксолотли — могут отращивать не только утраченные конечности, но и некоторые более экзотические части тела — например, участки мозга. Однако не было понятно, насколько правильно при этом происходит регенерация. Ведь для нервной ткани важно не только число и соотношение различных типов клеток, но и порядок их связей друг с другом. Чтобы его определить, американские нейробиологи использовали методы электрофизиологии, а также красители, меняющие цвет нейронов в зависимости от того, как часто они посылают сигналы определённой интенсивности.

Авторы предполагают, что способность аксолотля регенерировать различные типы нейронов связана с его личиночным состоянием. Саламандры могут жить в форме аксолотля до смерти и при этом способны к размножению (размножение на стадии личинки называется неотения). Тем не менее при выполнении определённых условий (например, при добавлении йода в воду) аксолотль в любом возрасте может превратиться во взрослую саламандру. Это означает, что все клетки его тела постоянно готовы к метаморфозу. Грубо говоря, они по свойствам достаточно близки к стволовым клеткам.

Что касается проблем с восстановлением длинных отростков, исследователи считают, что тут дело не в неспособности новых нейронов образовывать аксоны, а в отсутствии соответствующих сигналов со стороны окружающей нервной ткани. При эмбриональном развитии судьба каждой клетки определяется сигнальными веществами, которые выделяют её соседи — другие развивающиеся клетки. Нейроны мозга взрослого аксолотля таких веществ не образуют, поэтому новопришедшие клетки "не понимают", куда направлять аксоны. Однако если в ткань добавить такие вещества, новые аксоны наверняка удастся отрастить.

Механизм регенерации саламандрами утерянных конечностей не имеет ничего общего с действием стволовых клеток, выяснили ученые.

Магические способности саламандр

Способность этих хвостатых земноводных отращивать себе лапы, легкие, мозг волновала человечество на протяжении тысячелетий -- ее изучали Аристотель, Вольтер, Дарвин.

Когда животное теряет часть тела, клетки поверхностного слоя кожи быстро покрывают рану так называемой эпителиальной крышкой, фибробласты разрывают связи с соединительной тканью и образуют на месте раны бластему, из которой формируется новая конечность. К примеру, на новую лапу уходит всего три недели.

В конце XX века ученые предполагали, что клетки саламандр похожи на стволовые, то есть могут превращаться в любой орган.
Мартин Крагль из немецкого Института Макса Планка выяснил, что это не так. Вместе с американскими коллегами он исследовал, как мексиканская саламандра аксолотль Ambystoma mexicanum отращивает себе конечности и ткани. Крагль воспользовался открытиями сотрудников Калифорнийского университета, которые доказали, что клетки бластемы саламандр подобны клеткам в развивающихся конечностях эмбрионов млекопитающих, которые способны обновлять свои конечности, однако теряют эти навыки перед появлением на свет.

Эксперимент в ультрафиолете

Исходя из идеи, что развитие конечностей из бластемы практически повторяет в кратком виде их естественное развитие у растущих существ, немецкие и американские ученые разделили животных на две группы. Первой ввели протеин GFP, полученный из флюоресцирующей медузы. В ультрафиолете этот протеин подсвечивает клетки зеленым цветом, что позволяет ученым проследить происхождение различных клеток и их предназначение. Во вторую группу вошли как взрослые аксолотли, так и личинки. Им ученые ввели клетки с протеином, взятые у генно-модифицированных особей. Личинкам вещество вкалывали туда, откуда, как знали биологи, должны были вырасти различные ткани и органы, в частности нервная система. Взрослым особям сначала вводили клетки с протеином, а потом отрезали от тела по кусочку.

Несколько недель пронаблюдав за подопечными, биологи выяснили, что клетки ведут себя весьма консервативно -- они вырастают лишь в те органы и ткани, из которых произошли. «Главный вывод исследователей: новые клетки мышц производят лишь старые клетки мышц, новые клетки кожи производят лишь старые клетки кожи, новые нейроны производят только старые нервные клетки», -- пишет издание Science Daily.

Нагляднее всего этот процесс наблюдался у личинок: вколотые в область, откуда должна была вырасти нервная система, подсвеченные зеленым клетки распространялись по растущему аксолотлю в точности по схеме нервной системы.

«По всей вероятности, клетки близ ампутированного органа перепрограммируются, что позволяет им запускать эмбриональные программы формирования тканей без возврата к изначальной полипотенциальной клетке», -- отметили исследователи в статье, опубликованной в престижном журнале Nature.

Другими словами, клетки саламандр ведут себя принципиально иным образом, нежели стволовые. Если последние способны получать специализацию и развиваться в практически любые органы, то в клетках саламандр заложен механизм четкой преемственности.

От саламандры к супермену

Преимущество клеток саламандр в том, что для начала процесса регенерации им не нужно доходить до эмбрионального состояния -- они отлично работают будучи взрослыми. Раскрыв тайну «активных клеток», врачи смогут выращивать человеку оторванную руку или ногу по примеру саламандры.

«Однажды мы сможет регенерировать ткани людей», -- верит один из авторов исследования Малькольм Меден. Надежды американских ученых во многом объясняются личностью заказчиков исследования: его проспонсировал департамент обороны США, представители которого хотят помочь перенесшим ампутацию ветеранам Ирака и Афганистана.

В некоторых источниках даже пишут, что Аксолотли могут буквально собирать себя по частям - присоединяя к себе освободившиеся части других сородичей - включая головы.

Грубо говоря, если взять куски аксолотлей, сложить вместе и перемешать, то вполне возможно (утверждать наверняка не берёмся), что этот винегрет вскоре срастётся в нечто единое, поднимется на лапы и отправится по своим аксолотским делам.

Благодаря своим уникальным способностям, эти животные водятся теперь не только в Мексике - их можно найти в научных лабораториях по всему миру, где учёные беспрестанно режут их на кусочки и потом опять складывают, как мозаику, надеясь разгадать этот фокус-покус.

источники

Амфибии в общем - еще слабо защищенные существа. Число защитных приспособлений у них весьма невелико, и их организация еще слишком несовершенна, чтобы широко использоваться в целях защиты и самообороны.
Наиболее важным способом защиты являются выделяемые кожей ядовитые вещества. Выше, в главе о морфологии кожи, было указано, что последняя у амфибий чрезвычайно богата железами, что железы эти многоклеточные, притом двоякого рода: слизистые и белковые. Выделенное ими вещество имеет кислую реакцию и сильный запах. Действие па организм секрета обоих видов желез различно. Выделение слизистых желез действует как наркотик, яд спинных желез вызывает судороги. Если в один мешок посадить жерлянок (Bombina) и амфибий другого вида, то последние могут погибнуть. Особям того же самого вида яд амфибий невреден; будучи впрыснут в кровь, яд действует даже па то же самое животное. Яд саламандры, жабы, даже тритонов, впрыснутый в кровь, убивает млекопитающих, птиц, рептилий и рыб, если доза соответствует размерам животного. Мелкие птицы и ящерицы, как правило, гибнут в несколько минут, более крупные животные - морские свинки, кролики и собаки - в срок менее, чем час. Яд амфибий листолаза (Phyllobates) и древолаза (Dendrobates) употребляется туземцами в Южной Америке для намазывания наконечников их стрел, в особенности при охоте на обезьян. Действует описываемый яд yа сердце и центральную нервную систему подобно яду наперстянки - дигиталипу, отчасти подобно кураре. Яд амфибий весьма надежно предохраняет их от многих покушений: хищные животные или вовсе не трогают амфибий или берут их весьма неохотно, так как яд их при попадании на слизистые оболочки вызывает сильное жжение и рвоту.
Другая защитная функция заключается в способности раздувать легкие, благодаря чему раздувается все тело, которое становится более крупным и гладким, так что лягушку трудно бывает взять. Защитными являются и некоторые реакции поведения, например, так называемый «рефлекс бомбины», наблюдающийся у некоторых лягушек: заворачивание головы и яркоокрашенных конечностей на спину, как у рода Bombina. Принято думать, что такого рода движение отвращает нападение змей и птиц.
И у хвостатых и у бесхвостых наблюдается при приближений опасности своего рода оцепенение, род каталепсии, «мнимая смерть», обычно продолжающаяся несколько минут. Вряд ли, однако, эта реакция имеет защитное значение, так как возникает она при непосредственном прикосповении, когда бывает уже поздно. Некоторые саламандры, наоборот, принимают «предостерегающее» положение или «положение угрозы», помахивая хвостом, выделяющим обильный секрет. Большинство амфибий в случае опасности стремится уйти от последней и скрыться в какое-либо убежище. Движения убегания у амфибий еще весьма несовершенны.
Некоторые более крупные и сильные амфибии в опасности ведут себя агрессивно: издают скрипящий звук, раскрывают рот, кусаются, как Ceratophrys, Cryptobranchus.
Уже у наземных саламандр наблюдайся, более развитая у рептилий, способность путем автотомии отламывать хвост, за который животное схвачено. Механизм здесь несколько иной, нежели у ящериц: разлом происходит не посредине позвонка, а между позвонками. Как и у ящериц, мускулатура разрывается несколько ближе к туловищу, нежели кожа, закрывающая таким образом рану.
К защитным особенностям организма амфибий следует отнести и их способность к регенерации.
Большинство амфибий обладает способностью восстанавливать утраченные или поврежденные конечности. Чем моложе животное, тем легче происходит у него регенерация. Точно так же, как хвост, регенерируют и наружные жабры. Личинки саламандры нередко объедают последние друг у друга. И они восстанавливаются.
У хвостатых амфибий хвост и конечности регенерируют даже во взрослом состоянии.
Если у взрослого аксолотля отрезать кисть, то через четыре недели получается конический выступ, регенерационная почка. Через шесть недель выступ становится двойным; через одиннадцать недель уже различимы три или четыре пальца, а через двенадцать недель после операции регенерирует и вся кисть. Иногда вместо четырех пальцев восстанавливается пять. Восстанавливается и целая конечность, если отрезать ее посреди плечевой кости. Восстановление идет из соединительной ткани. У взрослого тритона (Triturus cristatus) восстанавливаются отрезанные пальцы в течение пяти или шести недель. Кость и хрящ восстанавливаются позднее. У Proteus утраченная нога целиком восстанавливается в течение восемнадцати месяцев. У Plethodontidac восстанавливается утраченный хвост. Личинка Necturus, если ей отрезать голову, не погибает. Рана заживает, животное растет и дифференцируется в течение 2 месяцев.
Бесхвостые амфибии также способны к регенерации конечностей, по в значительно меньшей степени, она происходит только у молодых головастиков. Регенерация идет тем быстрее и легче, чем моложе особь. Если у головастика травяной лягушки (Rana temporaria), у которого передние конечности еще скрыты под кожей, отрезать заднюю конечность посреди бедра, то через девятнадцать дней восстанавливается колено с выступом из двух пальцев. В конце концов, восстанавливается и вся конечность. Хвост головастиков восстанавливается легко и свободно даже в том случае, если он бывает отрезан незадолго до конца метаморфоза. Ho после последнего бесхвостые амфибии почти всецело утрачивают способность к регенерации, она сохраняется лишь в очень слабой степени. Способность к регенерации ослабляется и при переходе на высшую филогенетическую ступень.
Весьма интересно, что регенерация, если не всегда, то в некоторых случаях, связана с развитием и функцией нервной системы. Ампутированная конечность взрослого тритона регенерирует лишь при том условии, если при ампутации останутся неповрежденными волокна симпатической нервной системы. Способность амфибий к регенерации делает их одним из излюбленных объектов при изучении этого высоко интересного явления.
Способность к регенерации делает земноводных в высшей степени живучими. Многие поранения, от которых всякое другое животное погибло бы, безнаказанно переносятся амфибиями благодаря регенерации. Иногда из убитой змеи выползают совершенно живые жабы с частью переваренными уже задними ногами и живут.
Способность к регенерации - несомненно высокоадаптивный признак. Ho это не специфическое защитное средство, выработанное отбором. Это общая способность мало дифференцированных тканей, убывающая в филогенезе и онтогенезе. Регенерировать могут и такие органы и части, которые обычно не подвергаются повреждениям, например, легкие у лягушек. На способность регенерации значительно влияет функция, усиливая процесс.

Содержание статьи

РЕГЕНЕРАЦИЯ, восстановление организмом утраченных частей на той или иной стадии жизненного цикла. Регенерация обычно происходит в случае повреждения или утраты какого-нибудь органа или части организма. Однако помимо этого в каждом организме на протяжении всей его жизни постоянно идут процессы восстановления и обновления. У человека, например, постоянно обновляется наружный слой кожи. Птицы периодически сбрасывают перья и отращивают новые, а млекопитающие сменяют шерстный покров. У листопадных деревьев листья ежегодно опадают и заменяются свежими. Такую регенерацию, обычно не связанную с повреждениями или утратой, называют физиологической. Регенерацию, происходящую после повреждения или утраты какой-либо части тела, называют репаративной. Здесь мы рассмотрим только репаративную регенерацию.

Репаративная регенерация может быть типичной или атипичной. При типичной регенерации утраченная часть замещается путем развития точно такой же части. Причиной утраты может быть внешнее воздействие (например, ампутация), или же животное намеренно отрывает часть своего тела (аутотомия), как ящерица, обламывающая часть своего хвоста, спасаясь от врага. При атипичной регенерации утраченная часть замещается структурой, отличающейся от первоначальной количественно или качественно. У регенерировавшей конечности головастика число пальцев может оказаться меньше исходного, а у креветки вместо ампутированного глаза может вырасти антенна.

РЕГЕНЕРАЦИЯ У ЖИВОТНЫХ

Способность к регенерации широко распространена среди животных. Вообще говоря, низшие животные чаще способны к регенерации, чем более сложные высокоорганизованные формы. Так, среди беспозвоночных гораздо больше видов, способных восстанавливать утраченные органы, чем среди позвоночных, но только у некоторых из них возможна регенерация целой особи из небольшого ее фрагмента. Тем не менее общее правило о снижении способности к регенерации с повышением сложности организма нельзя считать абсолютным. Такие примитивные животные, как гребневики и коловратки, практически не способны к регенерации, а у гораздо более сложных ракообразных и амфибий эта способность хорошо выражена; известны и другие исключения. Некоторые близкородственные животные сильно различаются в этом отношении. Так, у дождевого червя из небольшого кусочка тела может полностью регенерировать новая особь, тогда как пиявки неспособны восстановить один утраченный орган. У хвостатых амфибий на месте ампутированной конечности образуется новая, а у лягушки культя просто заживает и никакого нового роста не происходит.

Многие беспозвоночные способны к регенерации значительной части тела. У губок, гидроидных полипов, плоских, ленточных и кольчатых червей, мшанок, иглокожих и оболочников из небольшого фрагмента тела может регенерировать целый организм. Особенно примечательна способность к регенерации у губок. Если тело взрослой губки продавить через сетчатую ткань, то все клетки отделятся друг от друга, как просеянные сквозь сито. Если затем поместить все эти отдельные клетки в воду и осторожно, тщательно перемешать, полностью разрушив все связи между ними, то спустя некоторое время они начинают постепенно сближаться и воссоединяются, образуя целую губку, сходную с прежней. В этом участвует своего рода «узнавание» на клеточном уровне, о чем свидетельствует следующий эксперимент. Губки трех разных видов разделяли описанным способом на отдельные клетки и как следует перемешивали. При этом обнаружилось, что клетки каждого вида способны «узнавать» в общей массе клетки своего вида и воссоединяются только с ними, так что в результате образовалась не одна, а три новых губки, подобные трем исходным.

Ленточный червь, длина которого во много раз превышает его ширину, способен воссоздать целую особь из любого участка своего тела. Теоретически возможно, разрезав одного червя на 200 000 кусочков, получить из него в результате регенерации 200 000 новых червей. Из одного луча морской звезды может регенерировать целая звезда.

Моллюски, членистоногие и позвоночные не способны регенерировать целую особь из одного фрагмента, однако у многих из них происходит восстановление утраченного органа. Некоторые в случае необходимости прибегают к аутотомии. Птицы и млекопитающие как эволюционно наиболее продвинутые животные меньше других способны к регенерации. У птиц возможно замещение перьев и некоторых частей клюва. Млекопитающие могут восстанавливать покров, когти и частично печень; они способны также к заживлению ран, а олени – к отращиванию новых рогов взамен сброшенных.

Процессы регенерации.

В регенерации у животных участвуют два процесса: эпиморфоз и морфаллаксис. При эпиморфической регенерации утраченная часть тела восстанавливается за счет активности недифференцированных клеток. Эти клетки, похожие на эмбриональные, накапливаются под пораненным эпидермисом у поверхности разреза, где они образуют зачаток, или бластему. Клетки бластемы постепенно размножаются и превращаются в ткани нового органа или части тела. При морфаллаксисе другие ткани тела или органа непосредственно преобразуются в структуры недостающей части. У гидроидных полипов регенерация происходит главным образом путем морфаллаксиса, а у планарий в ней одновременно участвуют и эпиморфоз, и морфаллаксис.

Регенерация путем образования бластемы широко распространена у беспозвоночных и играет особенно важную роль в регенерации органов у амфибий. Существует две теории происхождения бластемных клеток: 1) клетки бластемы происходят из «резервных клеток», т.е. клеток, оставшихся неиспользованными в процессе эмбрионального развития и распределившихся по разным органам тела; 2) ткани, целостность которых была нарушена при ампутации, «дедифференцируются» в области разреза, т.е. дезинтегрируются и превращаются в отдельные бластемные клетки. Таким образом, согласно теории «резервных клеток», бластема образуется из клеток, остававшихся эмбриональными, которые мигрируют из разных участков тела и скапливаются у поверхности разреза, а согласно теории «дедифференцированной ткани», бластемные клетки происходят из клеток поврежденных тканей.

В подтверждение как одной, так и другой теории имеется достаточно данных. Например, у планарий резервные клетки более чувствительны к рентгеновским лучам, чем клетки дифференцированной ткани; поэтому их можно разрушить, строго дозируя облучение, чтобы не повредить нормальные ткани планарии. Облученные таким образом особи выживают, но утрачивают способность к регенерации. Однако если только переднюю половину тела планарии подвергнуть облучению, а затем разрезать, то регенерация происходит, хотя и с некоторой задержкой. Задержка свидетельствует о том, что бластема образуется из резервных клеток, мигрирующих на поверхность разреза из необлученной половины тела. Миграцию этих резервных клеток по облученной части тела можно наблюдать под микроскопом.

Сходные эксперименты показали, что у тритона регенерация конечностей происходит за счет бластемных клеток местного происхождения, т.е. за счет дедифференцировки поврежденных тканей культи. Если, например, облучить всю личинку тритона, за исключением, скажем, правой передней конечности, а затем ампутировать эту конечность на уровне предплечья, то у животного отрастает новая передняя конечность. Очевидно, что необходимые для этого бластемные клетки поступают именно из культи передней конечности, так как все остальное тело подверглось облучению. Более того, регенерация происходит даже в том случае, если облучают всю личинку, за исключением участка шириной 1 мм на правой передней лапке, а затем последнюю ампутируют, производя разрез через этот необлученный участок. В этом случае совершенно очевидно, что бластемные клетки поступают с поверхности разреза, поскольку все тело, включая правую переднюю лапку, было лишено способности к регенерации.

Описанные процессы анализировали с применением современных методов. Электронный микроскоп позволяет наблюдать изменения в поврежденных и регенерирующих тканях во всех деталях. Созданы красители, выявляющие определенные химические вещества, содержащиеся в клетках и тканях. Гистохимические методы (с применением красителей) дают возможность судить о биохимических процессах, происходящих при регенерации органов и тканей.

Полярность.

Одна из самых загадочных проблем в биологии – происхождение полярности у организмов. Из шаровидного яйца лягушки развивается головастик, у которого с самого начала на одном конце тела находится голова с головным мозгом, глазами и ртом, а на другом – хвост. Подобным же образом, если разрезать тело планарии на отдельные фрагменты, на одном конце каждого фрагмента развивается голова, а на другой – хвост. При этом голова всегда образуется на переднем конце фрагмента. Эксперименты ясно показывают, что у планарии существует градиент метаболической (биохимической) активности, проходящий по передне-задней оси ее тела; при этом наивысшей активностью обладает самый передний конец тела, а в направлении к заднему концу активность постепенно снижается. У любого животного голова всегда образуется на том конце фрагмента, где метаболическая активность выше. Если направление градиента метаболической активности в изолированном фрагменте планарии изменить на противоположное, то и формирование головы произойдет на противоположном конце фрагмента. Градиент метаболической активности в теле планарий отражает существование какого-то более важного физико-химического градиента, природа которого пока неизвестна.

В регенерирующей конечности тритона полярность новообразуемой структуры, по-видимому, определяется сохранившейся культей. По причинам, которые еще остаются неясными, в регенерирующем органе формируются только структуры, расположенные дистальнее раневой поверхности, а те, что расположены проксимальнее (ближе к телу), не регенерируют никогда. Так, если ампутировать кисть тритона, а оставшуюся часть передней конечности вставить обрезанным концом в стенку тела и дать этому дистальному (отдаленному от тела) концу прижиться на новом, необычном для него месте, то последующая перерезка этой верхней конечности вблизи плеча (освобождающая ее от связи с плечом) приводит к регенерации конечности с полным набором дистальных структур. У такой конечности имеются на момент перерезки следующие части (начиная с запястья, слившегося со стенкой тела): запястье, предплечье, локоть и дистальная половина плеча; затем, в результате регенерации, появляются: еще одна дистальная половина плеча, локоть, предплечье, запястье и кисть. Таким образом, инвертированная (перевернутая) конечность регенерировала все части, расположенные дистальнее раневой поверхности. Это поразительное явление указывает на то, что ткани культи (в данном случае культи конечности) контролируют регенерацию органа. Задача дальнейших исследований – выяснить, какие именно факторы контролируют этот процесс, что стимулирует регенерацию и что заставляет клетки, обеспечивающие регенерацию, скапливаться на раневой поверхности. Некоторые ученые полагают, что поврежденные ткани выделяют какой-то химический «раневой фактор». Однако выделить химическое вещество, специфичное для ран, пока не удалось.

РЕГЕНЕРАЦИЯ У РАСТЕНИЙ

Широкое распространение регенерации в царстве растений обусловлено сохранением у них меристем (тканей, состоящих из делящихся клеток) и недифференцированных тканей. В большинстве случаев регенерация у растений – это, в сущности, одна из форм вегетативного размножения. Так, на кончике нормального стебля имеется верхушечная почка, обеспечивающая непрерывное образование новых листьев и рост стебля в длину в течение всей жизни данного растения. Если отрезать эту почку и поддерживать ее во влажном состоянии, то из имеющихся в ней паренхимных клеток или из каллуса, образующегося на поверхности среза, часто развиваются новые корни; почка при этом продолжает расти и дает начало новому растению. То же самое происходит в природе, когда отламывается ветка. Плети и столоны разделяются в результате отмирания старых участков (междоузлий). Таким же образом разделяются корневища ириса, волчьей стопы или папоротников, образуя новые растения. Обычно клубни, например клубни картофеля, продолжают жить после отмирания подземного стебля, на котором они выросли; с наступлением нового вегетационного периода они могут дать начало собственным корням и побегам. У луковичных растений, например у гиацинтов или тюльпанов, побеги формируются у основания чешуй луковицы и могут в свою очередь образовывать новые луковицы, которые в конечном счете дают корни и цветоносные стебли, т.е. становятся самостоятельными растениями. У некоторых лилейных воздушные луковички образуются в пазухах листьев, а у ряда папоротников на листьях вырастают выводковые почки; в какой-то момент они опадают на землю и возобновляют рост.

Корни менее способны к образованию новых частей, чем стебли. Клубню георгина для этого необходима почка, образующаяся у основания стебля; однако батат может дать начало новому растению из почки, образуемой корневой шишкой.

Листья тоже способны к регенерации. У некоторых видов папоротников, например у кривокучника (Camptosorus ), листья сильно вытянуты и имеют вид длинных волосовидных образований, заканчивающихся меристемой. Из этой меристемы развивается зародыш с зачаточными стеблем, корнями и листьями; если кончик листа родительского растения наклонится вниз и соприкоснется с землей или мхом, зачаток начинает расти. Новое растение отделяется от родительского после истощения этого волосовидного образования. Листья суккулентного комнатного растения каланхое несут по краям хорошо развитые растеньица, которые легко отпадают. Новые побеги и корни формируются на поверхности листьев бегонии. Специальные тельца, называемые зародышевыми почками, развиваются на листьях некоторых плауновых (Lycopodium) и печеночников (Marchantia); упав на землю, они укореняются и образуют новые зрелые растения.

Регенерация утраченных органов у животных — тайна, издревле волнующая ученых. До последнего времени считалось, что этим великолепным свойством наделены только низшие виды живых существ: ящерица отращивает оторванный хвост, некоторых червей можно разрубить на мелкие куски, и каждый вырастет в целого червя — примеров множество.

Но ведь эволюция живого мира шла от низших организмов ко все более высокоорганизованным, так почему на каком-то ее этапе это свойство пропало? И пропало ли?

Лернейская гидра, Медуза Горгона или наш трехглавый Змей Горыныч, у которого Иван-царевич без устали рубил «самовосстанавливающиеся» головы, — персонажи хотя и мифические, но явно состоящие в «родственных отношениях» с вполне реальными существами.

К ним, например, относятся тритоны — разновидность хвостатых амфибий, которые по праву считаются одними из самых древних животных на Земле. Их удивительной особенностью является способность к регенерации — отращиванию поврежденных или потерянных хвостов, лап, челюстей.

Более того, у них восстанавливаются и поврежденное сердце, и глазные ткани, и спинной мозг. По этой причине они незаменимы для лабораторных исследований, да и в космос тритонов отправляют не реже, чем собак и обезьян. Этими же свойствами обладают и многие другие существа.

Так, рыбкам данио рерио черно-белого окраса, длиной всего в 2—3 см, свойственно регенерировать части плавников, глаза и даже восстановить клетки собственного сердца, вырезанные хирургами в процессе опытов по регенерации. Это можно сказать и о других видах рыб.

Классическими примерами регенерации стали ящерицы и головастики, восстанавливающие потерянный хвост; раки и крабы, отращивающие утраченные клешни; улитки, способные вырастить новые «рожки» с глазами; саламандры, у которых происходит естественная замена ампутированной лапки; морские звезды, регенерирующие свои оторванные лучи.

Кстати, из такого вот оторванного луча, как из черенка, может развиться новое животное. Но чемпионом регенерации стал червь плосковик, или планария. Если его перерезать пополам, то на одной половинке тела вырастает недостающая голова, а на другой — хвост, то есть образуются две совершенно самостоятельные жизнеспособные особи.

А возможно появление совершенно необыкновенной, двухголовой и двухвостой планарии. Такое произойдет, если на переднем и заднем концах сделать продольные надрезы и не давать им срастаться. Даже из 1/280 части тела этого червя получится новое животное!

Люди долго наблюдали за братьями нашими меньшими и, чего греха таить, втайне завидовали. А ученые перешли от бесплодных наблюдений к анализу и попытались выявить законы этого «самоисцеления» и «самовосстановления» животных.

Первым попытался внести научную ясность в это явление французский естествоиспытатель Рене Антуан Реомюр. Именно он ввел в науку термин «регенерация» — восстановление утраченной части тела с ее структурой (от лат. ге — «снова» и generatio — «возникновение») — и провел ряд опытов. Его работа о регенерации ног у рака была напечатана в 1712 году. Увы, коллеги не обратили на нее внимания, и Реомюр оставил эти исследования.

Лишь спустя 28 лет швейцарский натуралист Абраам Трамбле продолжил опыты по регенерации. Существо, на котором он экспериментировал, на тот момент не имело даже собственного имени. Более того, ученые еще не знали, животное это или растение. Полый стебелек с щупальцами, задним концом прикрепляющийся к стеклу аквариума или к водным растениям, оказался хищником, к тому же весьма удивительным.

В опытах исследователя отдельные фрагменты тела маленького хищника превращались в самостоятельные особи — явление, известное до тех пор лишь в растительном мире. А животное продолжало удивлять естествоиспытателя: на месте продольных разрезов на переднем конце тельца, сделанных ученым, оно отращивало новые щупальца, превращаясь в «многоголовое чудовище», миниатюрную мифическую гидру, с которой, по мнению древних греков, сражался Геракл.

Неудивительно, что и лабораторное животное получило то же имя. Но исследуемая гидра обладала еще более чудесными особенностями, чем ее лернейская тезка. Она дорастала до целой даже из 1/200 части своего односантиметрового тела!

Реальность превосходила сказки! Но факты, которые известны сегодня каждому школьнику, в 1743 году опубликованные в «Трудах Лондонского Королевского общества», ученому миру показались неправдоподобными. И тогда Трамбле поддержал к этому времени уже авторитетный Реомюр, подтвердив достоверность его исследований.

«Скандальная» тема сразу же привлекла внимание многих ученых. И вскоре список животных со способностями к регенерации оказался довольно внушительным. Правда, долгое время считалось, что только низшие живые организмы обладают механизмом самообновления. Затем ученые обнаружили, что птицы способны отращивать клювы, а молодые мыши и крысы — хвосты.

Даже у млекопитающих и человека есть ткани с большими возможностями в данной области — регулярно меняют шерсть многие животные, обновляются чешуйки человеческого эпидермиса, отрастают остриженные волосы и сбритые бороды.

Человек — существо не только чрезвычайно любознательное, но и страстно желающее любое знание использовать себе во благо. Поэтому вполне понятно, что на определенном этапе исследования загадок регенерации возник вопрос: а почему это происходит и нельзя ли вызывать регенерацию искусственно? И почему высшие млекопитающиеся почти утратили эту способность?

Во-первых, специалисты отметили, что регенерация тесно связана с возрастом животного. Чем оно моложе, тем легче и быстрее исправляются повреждения. У головастика недостающий хвост запросто отрастает, а вот утрата старой лягушкой лапки делает ее инвалидом.

Ученые исследовали физиологические отличия, и стал понятен способ, применяемый земноводными для «саморемонта»: оказалось, что на ранних стадиях развития клетки будущего существа незрелы, и направление их развития вполне может измениться. Например, эксперименты над эмбрионами лягушек показали, что когда эмбрион имеет всего лишь нескольких сотен клеток, из него можно вырезать часть ткани, которой уготована участь стать шкурой, и поместить в область мозга. И эта ткань... станет частью мозга!

Если же подобная операция производится с более зрелым эмбрионом, то из клеток кожи все равно развивается кожа — прямо посреди мозга. Потому ученые сделали вывод, что судьба этих клеток уже предопределена. И если для клеток большинства высших организмов обратной дороги нет, то клетки земноводных умеют обратить время вспять и вернуться к тому моменту, когда предназначение могло измениться.

Что же это за изумительное вещество, позволяющее земноводным «самовосстанавливаться»? Ученые обнаружили, что если тритон или саламандра потеряют лапку, то на поврежденном участке тела клетки костей, шкуры и крови теряют отличительные признаки.

Все вторично «новорожденные» клетки, которые называют бластемой, начинает усиленно делиться. И в соответствии с нуждами организма становятся клетками костей, шкуры, крови... чтобы стать в конце новой лапой. А если в момент «саморемонта» подключить третиноиновую кислоту (кислота витамина А), то это так сильно подхлестывает регенеративные способности у лягушек, что они отращивают три ноги вместо одной утраченной.

Долгое время оставалось загадкой, почему программа регенерации оказалась подавленной у теплокровных. Объяснений может быть несколько. Первое сводится к тому, что у теплокровных несколько иные приоритеты к выживанию, нежели у холоднокровных. Рубцевание ран стало важнее тотальной регенерации, поскольку снижало шансы фатального истекания кровью при ранении и занесения смертоносной инфекции.

Но может быть и другое объяснение, куда более мрачное — рак, то есть быстрое восстановление обширного участка поврежденной ткани подразумевает возникновение одинаковых быстро делящихся клеток в определенном месте. Именно это наблюдается при возникновении и росте злокачественной опухоли. Поэтому ученые полагают, что для организма стало жизненно важным уничтожать быстро делящиеся клетки, а следовательно, возможности к быстрой регенерации оказались подавленными.

Доктор биологических наук Петр Гаряев, академик Российской академии медико-технических наук, утверждает: «Она (регенерация) не пропала, просто высшие животные, в том числе и человек, оказались более защищенными от внешних воздействий и полная регенерация стала не такой уж нужной».

В какой-то мере она сохранилась: заживают раны, порезы, восстанавливается ободранная кожа, растут волосы, частично регенерирует печень. Но оторванная рука у нас уже не вырастает, как не вырастают и внутренние органы взамен переставших функционировать. Природа просто забыла, как это делается. Возможно, надо ей об этом напомнить.

Как всегда помог Его Величество Случай. Иммунолог Элен Хебер-Кац из Филадельфии однажды дала своему лаборанту обычное задание: проколоть уши лабораторным мышам, чтобы нацепить им ярлычки. Через пару недель Хебер-Кац пришла к мышам с готовыми ярлычками, но... не нашла в ушках дырочек.

Проделали это снова — получили такой же результат: никаких намеков на заживленную ранку. Организм мышей регенерировал ткани и хрящи, заполнив ненужные им дырки. Хербер-Кац сделала из этого единственно верный вывод: в поврежденных участках ушей присутствует бластема — такие же неспециализированные клетки, как у земноводных.

Но мыши — млекопитающие, они не должны бы иметь таких способностей. Опыты над несчастными грызунами продолжили. Ученые отрезали мышкам кусочки хвостиков и... получили 75-процентную регенерацию! Правда, никто даже не пытался отрезать «пациентам» лапки по очевидной причине: без прижигания мышь просто умрет от большой кровопотери задолго до того, как начнется (если вообще начнется) регенерация потерянной конечности. А прижигание исключает появление бластемы. Так что полный список регенерационных способностей мышей выяснить не удалось. Однако узнали уже немало.

Правда, существовало одно «но». Это были не обычные домашние мыши, а особенные питомцы с поврежденной иммунной системой. Первый вывод из своих опытов Хебер-Кац сделала такой: регенерация присуща только животным с уничтоженными Т-клетками — клетками иммунной системы.

Вот в чем основная проблема: у земноводных она отсутствует. Значит, именно з иммунной системе и коренится разгадка этого феномена. Вывод второй: млекопитающие имеют такие же необходимые для регенерации тканей гены, как и земноводные, но Т-клетки не позволяют этим генам работать.

Вывод третий: организмы первоначально имели два способа исцеления от ран — иммунную систему и регенерацию. Но в ходе эволюции две системы стали несовместимы друг с другом — и млекопитающие выбрали Т-клетки, потому что они важнее, так как они являются основным оружием организма против опухолей.

Что толку быть способным отращивать себе заново потерянную руку, если одновременно в организме будут бурно развиваться раковые клетки? Получается, что иммунная система, защищая нас от инфекций и рака, одновременно подавляет наши способности к «саморемонту».

Но неужели ничего нельзя придумать, ведь так хочется не просто омоложения, а восстановления жизнеобеспечивающих функций организма? И ученые нашли если не панацею от всех бед, то возможность стать немного ближе к природе, правда, благодаря не бластеме, а стволовым клеткам. Оказалось, что у человека иной принцип регенерации.

Долгое время было известно, что только два вида наших клеток могут регенерировать — это клетки крови и печени. Когда эмбрион любого млекопитающего развивается, часть клеток остается в стороне от процесса специализации.

Это и есть стволовые клетки. Они обладают способностью пополнять запасы крови или отмирающих клеток печени. Костный мозг тоже содержит стволовые клетки, которые могут становиться мышечной тканью, жиром, костями или хрящами — в зависимости от того, какие питательные вещества им даются в лабораторных условиях.

Теперь ученым предстояло проверить опытным путем, есть ли шанс «запустить» записанную в ДНК каждой из наших клеток «инструкцию» по выращиванию новых органов. Специалисты были убеждены, что нужно просто заставить организм «включить» свою способность, а дальше процесс сам позаботится о себе. Правда, возможность отращивать конечности сразу же упирается во временную проблему.

То, что легко удается крошечному телу, не под силу взрослому человеку: объемы и размеры значительно больше. Мы не можем поступить, как тритоны: сформировать очень маленькую конечность, и затем ее выращивать. Для этого земноводным требуется всего пара месяцев, человеку, чтобы вырастить новую ногу до нормального размера, по подсчету английского ученого Джереми Брокса, надо не меньше 18 лет...

Но ученые нашли немало работы для стволовых клеток. Однако вначале необходимо сказать, как и откуда их получают. Ученые знают, что самое большое количество стволовых клеток находится в костном мозге таза, но у любого взрослого человека они уже подрастеряли свои первоначальные свойства. Наиболее перспективным считается ресурс стволовых клеток, полученных из пуповинной крови.

Но после родов исследователи могут собрать только от 50 до 120 мл такой крови. Из каждого 1 мл выделяется 1 млн клеток, но лишь 1% из них — клетки-предшественники. Этот личный запас восстановительного резерва организма — чрезвычайно мал, а потому бесценен. Поэтому стволовые клетки получают из мозга (или других тканей) эмбрионов — абортативного материала, как ни грустно об этом говорить.

Их можно выделить, поместить в культуру ткани, где начнется размножение. Эти клетки могут жить в культуре более года и быть использованы для любого пациента. Стволовые клетки можно выделять из пуповинной крови и из мозга взрослых людей (например при нейрохирургических операциях).

А можно выделять из мозга недавно умерших, так как эти клетки обладают устойчивостью (по сравнению с другими клетками нервной ткани), они сохраняются тогда, когда нейроны уже дегенерировали. Стволовые клетки, извлеченные из других органов, например носоглотки, не столь универсальны в применении.

Что и говорить, это направление фантастически перспективно, но еще до конца не исследовано. В медицине необходимо семь раз отмерить, а потом в течение десятка лет перепроверить, чтобы убедиться, что панацея не повлечет за собой какой-либо беды, например иммунного сдвига. Не сказали своего веского «да» и онкологи. Но тем не менее успехи уже есть, правда, только на уровне лабораторных разработок, опытов на высших животных.

Возьмем для примера стоматологию. Японские ученые разработали систему лечения, основанную на генах, которые отвечают за рост фибропластов — тех самых тканей, что растут вокруг зубов и держат их. Они проверили свой метод на собаке, у которой предварительно развили тяжелую форму парадонтоза.

Когда все зубы выпали, пораженные участки обработали веществом, в состав которого входят эти самые гены и агар-агар — кислотная смесь, обеспечивающая питательную среду для размножения клеток. Спустя шесть недель у пса прорезались клыки.

Такой же эффект наблюдался у обезьяны со стесанными до основания зубами. По словам ученых, их метод намного дешевле протезирования и впервые позволяет вернуть в прямом смысле свои зубы огромному числу людей. Особенно если учесть, что после 40 лет склонность к пародонтозу возникает у 80% населения планеты.

В другой серии опытов камера зуба заполнялась дентинными опилками (играющими роль индуктора) с соединительной тканью десны (амфодонтом) в роли реагирующего материала. И амфодонт тоже превращался в дентин. Английские стоматологи уже в недалеком будущем надеются от успешных опытов на мышах перейти к дальнейшим лабораторным исследованиям. По скромным подсчетам, «стволовые имплантанты» будут стоить столько же, сколько и обычное протезирование в Англии — от 1500 до 2000 фунтов стерлингов.

Исследования показали, что людям, у которых отказывают почки, необходимо вернуть к жизни всего 10% почечных клеток, чтобы перестать зависеть от диализной машины.

И исследования в этом направлении ведутся уже много лет. Как же это важно — не пришить, а именно вырастить заново, не сидеть на таблетках, а восстановить здоровую функцию за счет скрытых возможностей организма.

В частности, найден способ выращивать новые бета-клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин, что обещает миллионам диабетиков избавление от ежедневных инъекций. А опыты по возможности использования стволовых клеток в борьбе с диабетом уже на фазе завершения.

Идет работа и над создание средств, включающих регенерацию. Специалисты Ontogeny разработали фактор роста под названием ОР1, который скоро будет разрешен к продаже в Европе, США и Австралии. Он стимулирует рост новой костной ткани. ОР1 поможет при лечении сложных переломов, когда две части сломанной кости сильно не совпадают друг с другом и потому не могут срастись.

Часто в таких случаях конечность ампутируют. Но ОР1 стимулирует костную ткань так, что она начинает расти и заполняет собой промежуток между частями сломанной кости. В Российском институте травматологии и ортопедии исследователи получают стволовые клетки из костного мозга. После 4—6 недель размножения в культуре их пересаживают в сустав, где они реконструируют хрящевые поверхности.

А несколько лет назад группа английских генетиков сделала сенсационное заявление: они начинают работу по клонированию сердца. Если эксперимент завершится удачно, не потребуются пересадки, чреватые отторжением тканей. Но вряд ли волновая генетика ограничится регенерацией только внутренних органов, и ученые надеются, что научатся «отращивать» пациентам конечности.

В области гинекологии у стволовых клеток тоже большие перспективы. К сожалению, очень многие молодые женщины сегодня обречены на бесплодие: их яичники прекратили продуцировать яйцеклетки.

Часто это означает, что исчерпался пул клеток, из которого возникают фолликулы. Следовательно, необходимо искать восполняющие их механизмы. Первые обнадеживающие результаты в этой области появились недавно.

Ученые уже видят, каким путем можно спасти людей, которым поставлен страшный диагноз — цирроз печени. Они считают что на каких-то этапах развития заболевания пересадку целого органа можно заменить введением лишь стволовых клеток (через артериальное русло, прямыми пункциями, прямыми трансплантациями клеток в ткань печени). Специалисты Центра хирургии РАМН начали пилотное исследование, и первые результаты обнадеживают.

Очень интересные предварительные разработки ведут украинские ученые в области сердечно-сосудистых заболеваний. Уже сегодня у них накоплены экспериментальные доказательства, что введение стволовых клеток больным с инфарктом миокарда или тяжелой ишемией — перспективный метод лечения.

Первые клинические эксперименты с трансплантацией стволовых клеток, начавшиеся в Питсбургском университете США, дали хорошие результаты и у тяжелых больных, перенесших ишемический или геморрагический инсульт. У них после клеточной терапии неврологическая реабилитация хорошо заметна.

К сожалению, очень хорошо известна устрашающая статистика количества детей с внутриутробным поражением мозга, в том числе и с церебральным параличом. Уже доказано, что если таким детям начать трансплантацию стволовых клеток (или терапию, направленную на их стимуляцию, т. е. на локализацию собственных, эндогенных, клеток в области поражения), то по прошествии первого года жизни часто наблюдается, что даже при сохранении анатомических изъянов мозга дети имеют минимальную неврологическую симптоматику.

Эффективно разработанные технологии трансплантации стволовых клеток могут полностью изменить нашу жизнь. Но это будущее, а сегодня у этой области знаний нет даже своего названия, только варианты: «клеточная терапия», «трансплантация стволовых клеток», «медицина регенерации», даже «инженерия тканевая» и «инженерия органная».

Но уже можно перечислить все возможности этого нового направления. Недаром говорят, что XXI век пройдет под знаком биологии, и, возможно, опыт регенерации, сохраненный на протяжении миллионов лет земноводными и простейшими, поможет человечеству.