Planari e rigenerazione: Fatti e possibili applicazioni

Linda Crampton è una scrittrice e insegnante con una laurea a pieni voti in biologia. Ama studiare la natura e scrivere sugli esseri viventi.

Dugesia subtentaculata

Eduard Sola, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0 License

Cos’è una planaria?

Per molti studenti di biologia, la parola “planaria” evoca l’immagine di uno strano verme piatto con gli occhi incrociati e una sorprendente capacità di rigenerarsi. Anche piccoli pezzi di una planaria possono rigenerare parti del corpo mancanti e formare un individuo completo. L’animale è popolare nei laboratori scolastici e nella ricerca scientifica. Le recenti scoperte sulla sua biologia possono aiutarci nella nostra ricerca per innescare la rigenerazione di tessuti, organi e parti del corpo umano.

Molte specie sono indicate come planarie, anche se molte di loro non appartengono al genere Planaria. Dugesia è spesso usata come planaria nei laboratori scolastici, per esempio. Le planarie sono creature d’acqua dolce che hanno molte caratteristiche in comune, compresa la maggior parte delle loro caratteristiche anatomiche e la loro capacità di rigenerarsi. Sono piccole creature che possono essere viste ad occhio nudo, ma che è meglio osservare al microscopio. Gli scienziati stanno facendo alcune interessanti scoperte sulle loro cellule e sul loro comportamento.

Dimensioni dei tipici planari da laboratorio

Rev314159, va flickr, CC BY-ND 2.0 License

I planari appartengono al phylum dei vermi piatti, o phylum Platyhelminthes. Il nome del phylum deriva dalle parole greche platy, che significa piatto, e helminth, che significa verme. Anche le tenie e i platelminti sono vermi piatti.

Caratteristiche esterne

Come il nome del loro phylum implica, i planari hanno un corpo appiattito. Il loro colore varia. Si muovono con un movimento planare e ondulatorio. I loro “occhi” sono in realtà ocelli che possono rilevare l’intensità della luce ma non possono formare un’immagine.

I planari hanno spesso una proiezione simile a un orecchio su ogni lato del loro corpo accanto ai loro occhi. Queste proiezioni sono chiamate orecchiette. Non hanno un ruolo nell’udito, come il loro nome potrebbe suggerire, ma contengono invece chemorecettori per rilevare le sostanze chimiche. Sono anche sensibili al tatto. Le orecchiette aiutano una planaria a trovare il cibo.

La bocca di una planaria si trova circa a metà della parte inferiore del suo corpo. In molti individui, una struttura simile a una canna può essere vista accanto alla bocca e sotto la superficie dell’animale. Questa è la faringe, una struttura tubolare che porta al resto del tratto digestivo. Una planaria estende la sua faringe attraverso la bocca per succhiare il cibo. Tutti i planari hanno una faringe e si nutrono con questo metodo, anche se la struttura non è visibile esternamente.

Sistema digestivo ed escretore

Un planare ha un sistema digestivo, escretore e nervoso ma nessun sistema respiratorio o circolatorio. L’ossigeno entra nel corpo e viaggia verso le cellule dell’animale per diffusione. L’anidride carbonica lascia le cellule e viaggia verso la superficie del corpo attraverso lo stesso processo. La sottigliezza del corpo dell’animale rende pratico lo scambio di gas senza strutture speciali.

Digestione

I planari sono carnivori e si procurano il cibo con la predazione o lo scavenging. La faringe muscolare si estende attraverso la bocca per raccogliere il cibo e poi si ritira nel corpo. La faringe porta ad un tratto digestivo ramificato. I nutrienti dal cibo si diffondono attraverso la parete di questo tratto e nelle cellule dell’animale. Il cibo indigesto viene rilasciato attraverso la bocca. Le planarie non hanno ano.

Escrezione

Il corpo di una planaria contiene strutture tubolari chiamate protonefridi, che contengono cellule di fiamma. Le cellule di fiamma contengono strutture filiformi chiamate flagelli. I flagelli battono, ricordando agli osservatori una fiamma tremolante e dando alle cellule il loro nome. I flagelli battenti spostano il fluido contenente sostanze di scarto fuori dal corpo attraverso i pori sulla superficie dell’animale.

Struttura di un neurone umano, o cellula nervosa

National Cancer Institute, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0 license

La struttura qui sopra è un neurone di mammifero, non di planaria, ma mostra la relazione tra il corpo cellulare e l’assone nelle planarie. L’assone è l’estensione dal corpo cellulare.

Sistema nervoso

La testa di una planaria contiene due gangli collegati, che sono conosciuti come i gangli cerebrali. Un ganglio è una massa di tessuto nervoso composto dai corpi cellulari dei neuroni. Il corpo cellulare contiene il nucleo e gli organelli di un neurone. Un’estensione dal corpo cellulare chiamata assone trasmette l’impulso nervoso al neurone successivo. I nervi di una planaria contengono un fascio di assoni.

I nervi si estendono dai gangli cerebrali attraverso il corpo della planaria, che contiene altri gangli. I gangli e i nervi formano un sistema nervoso a scala, come mostrato nell’illustrazione qui sotto.

I gangli collegati nella testa di una planaria sono talvolta indicati come un cervello, anche se formano una struttura molto più semplice del nostro cervello. Tuttavia, l’attività del “cervello” dell’animale è interessante. Questa attività viene esplorata in esperimenti di apprendimento e farmacologia che coinvolgono l’animale.

Sistema nervoso di una planaria

Putaringonit, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0 License

Il corpo di una planaria contiene muscoli che si estendono in diverse direzioni. La sua superficie inferiore produce muco e ha molte strutture simili a peli chiamate ciglia. Queste caratteristiche permettono all’animale di muoversi sulle superfici usando un movimento di scivolamento quando le ciglia battono. I planari nuotano anche nell’acqua.

Sistema riproduttivo

Alcune specie di planari si riproducono sia sessualmente che asessualmente. Altre si riproducono solo asessualmente. Le specie che possono riprodursi sessualmente contengono sia ovaie che testicoli e sono quindi ermafroditi. Lo sperma viene scambiato tra due animali durante l’accoppiamento. Le uova sono fecondate internamente e vengono deposte in capsule.

Nella riproduzione asessuata, la coda di una planaria si separa dal resto del corpo. La coda sviluppa una nuova testa e l’estremità della testa dell’animale sviluppa una nuova coda. Come risultato, vengono prodotti due individui.

Cellule staminali

I planari possono rigenerare parti mancanti grazie alla diffusa presenza di cellule staminali. Una cellula staminale non è specializzata ma può produrre cellule specializzate se stimolata correttamente. Le cellule staminali planariane sono note come neoblasti. La natura dei neoblasti e i processi che si verificano quando la rigenerazione viene attivata e realizzata sono ancora in fase di studio.

Anche gli esseri umani hanno cellule staminali, ma in misura più limitata rispetto ai planari. Le cellule hanno una caratteristica nota come potenza e sono classificate come segue.

  • Le cellule staminaliotipotenti possono produrre ogni tipo di cellula del corpo più le cellule della placenta.
  • Le cellule pluripotenti possono produrre ogni tipo di cellula del corpo ma non le cellule della placenta.
  • Le cellule multipotenti possono produrre diversi tipi di cellule specializzate.
  • Le cellule onnipotenti possono produrre solo un tipo di cellula specializzata.

Le cellule staminali dei planari sono pluripotenti (o almeno quelle che sono state studiate lo sono). Ce ne sono così tante in tutto il corpo che anche un piccolo pezzo di una planaria contiene le cellule.

Il video qui sotto mostra una planaria che viene tagliata a metà e poi cresce in due organismi. I biologi presumono che, poiché il sistema nervoso di una planaria è molto più semplice del nostro, non senta il dolore come noi. Questa è solo una supposizione, comunque.

Capacità di rigenerarsi

I nuovi individui prodotti tagliando a pezzi una particolare planaria sono geneticamente identici al loro “genitore”. Anche quando il corpo è tagliato in più di cento pezzi, ogni pezzo crescerà in un animale completo. Nel diciannovesimo secolo, uno scienziato chiamato Thomas Hunt Morgan sostenne che 279 pezzi di una planaria rigenereranno nuovi individui.

Non è necessario separare completamente una planaria in pezzi per innescare la rigenerazione. Se la testa viene tagliata a metà mentre il resto del corpo viene lasciato intatto, ogni metà della testa rigenera la parte mancante. Come risultato, l’animale si ritrova con due teste. La rigenerazione in una planaria impiega circa sette giorni o a volte un po’ di più.

Fatti sulla rigenerazione delle planarie

  • Se i suoi neoblasti sono distrutti dalle radiazioni, una planaria che è stata tagliata non è in grado di rigenerare le parti mancanti e muore entro poche settimane.
  • Se nuovi neoblasti vengono trapiantati in un animale irradiato, esso riacquista la sua capacità di rigenerarsi.
  • Quando una parte di una planaria viene amputata, i neoblasti viaggiano verso la ferita e formano una struttura chiamata blastema. La produzione e la differenziazione di nuove cellule avviene in questa struttura.
  • I pezzi ottenuti da due aree del corpo di una planaria non sono in grado di rigenerare un intero animale. Queste aree sono la faringe e la testa davanti agli occhi.

I ricercatori stanno studiando i processi di segnalazione che dicono ai neoblasti di migrare nella zona ferita e poi di produrre una serie di cellule specializzate. La ricerca è importante per capire il comportamento delle cellule staminali nei planari e forse negli esseri umani.

Nuove tendenze nella ricerca: Geni e RNA

Le cellule rilasciano molecole di segnalazione per influenzare altre cellule. Le molecole sono spesso proteine. Fanno il loro lavoro unendosi ai recettori sulla superficie di altre cellule, che sono anch’essi proteine. L’unione di una molecola di segnalazione e del suo recettore innesca una particolare risposta nella cellula ricevente.

Il DNA nel nucleo di una cellula contiene istruzioni codificate per produrre le proteine necessarie a un organismo, comprese quelle che agiscono come molecole di segnalazione. Il codice per produrre una specifica proteina è trascritto in una molecola di RNA messaggero, che viaggia verso i ribosomi fuori dal nucleo. Qui viene prodotta la proteina in questione.

Ogni gene in una molecola di DNA codifica per una proteina specifica. Alcuni ricercatori di planarie stanno concentrando i loro studi sui geni e sui trascritti di RNA (RNA messaggero trascritto da un gene specifico in una molecola di DNA). Questi studi possono offrire nuove intuizioni sul processo di rigenerazione negli animali.

Un gene delle cellule staminali planari che si crede sia coinvolto nella rigenerazione è chiamato il gene piwi (pronunciato pee-wee). Abbiamo un gene strettamente correlato nel nostro sperma e nelle nostre uova. Ha anche un ruolo nell’attività delle nostre cellule staminali. Alcuni degli altri geni coinvolti nella rigenerazione delle planarie assomigliano a quelli degli esseri umani. Forse un giorno impareremo ad usare questi geni nella rigenerazione di parti del corpo umano.

Schmidtea mediterranea

Alejandro Sanchez Alvarado, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.5 License

Schmidtea mediterranea è una planaria popolare nella ricerca scientifica. È originaria dell’Europa e ha un’eccellente capacità di rigenerarsi.

Cellule Nb2

Un team di ricercatori degli Stati Uniti ha fatto alcune interessanti scoperte sulle cellule staminali planari. I ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo per identificare e classificare i neoblasti planari. Come risultato, hanno scoperto dodici tipi di neoblasti, compreso un tipo che chiamano sottotipo 2 o Nb2.

Nb2 è pluripotente e ha una proteina sulla sua superficie chiamata tetraspanina. La proteina è codificata in un gene chiamato tetraspanina-1. Tetraspanina è in realtà il nome di una famiglia di proteine. I nostri corpi contengono alcuni membri della famiglia. Negli esseri umani, le proteine sono coinvolte nello sviluppo e nella crescita delle cellule.

Gli scienziati hanno scoperto i seguenti fatti sul comportamento delle cellule Nb2.

  • Quando i ricercatori hanno tagliato i planari, hanno scoperto che la popolazione di cellule Nb2 in ogni metà aumentava rapidamente.
  • Le cellule isolate in apparecchiature di laboratorio sono sopravvissute a un trattamento con radiazioni subletali.
  • Quando i planari sono stati esposti a una dose di radiazioni che sarebbe stata normalmente letale, una singola cellula Nb2 iniettata si è moltiplicata e poi si è diffusa negli animali, salvandoli.
  • Il trascrittoma di una cellula è la somma di tutti i suoi trascritti RNA. Il trascrittoma delle cellule Nb2 è diverso durante la vita normale, dopo l’esposizione a radiazioni subletali e durante la rigenerazione. Questo suggerisce che un diverso insieme di proteine viene fatto in ogni situazione.

Planaria torva

Holger Brandl et al, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0 License

Possibile rilevanza per la biologia umana

Può sembrare strano che una creatura che sembra essere così diversa dagli umani possa contenere informazioni rilevanti per la nostra biologia. A livello cellulare, tuttavia, i planari hanno molto in comune con gli esseri umani. Anche i loro organi e sistemi hanno alcune somiglianze con quelli degli esseri umani.

Un ricercatore chiama i planari una capsula di Petri in-vivo per le cellule staminali pluripotenti. Un esperimento in-vivo è fatto in esseri viventi. Un esperimento in-vitro è fatto in attrezzature di laboratorio, come le piastre di Petri. Gli esperimenti fatti in vetreria possono essere utili. Hanno un valore limitato, tuttavia, perché mancano le interazioni che si trovano nei corpi viventi. Nel corpo delle planarie, queste interazioni sono presenti. Lo studio degli animali potrebbe portare a scoperte nella nostra comprensione della biologia umana.

  • Informazioni sui vermi piatti dalla Rice University
  • Introduzione ai platelminti dal Museo di Paleontologia dell’Università della California
  • Fatti sulla rigenerazione delle planarie dal Max Planck Institute for Molecular Medicine
  • Informazioni su un neoblasto appena scoperto dalla rivista Science
  • Un riassunto della nuova ricerca Nb2 dalla rivista Cell

© 2018 Linda Crampton

Linda Crampton (autore) dalla British Columbia, Canada il 29 giugno 2018:

Grazie mille, Devika.

DDE on June 29, 2018:

Mi hai intrattenuto con molti fatti e titoli affascinanti. Questo non fa eccezione!

Linda Crampton (autore) da British Columbia, Canada on June 21, 2018:

Grazie mille per la visita e il gentile commento, RTalloni. Anch’io odio vedere i lombrichi in difficoltà!

RTalloni del 21 giugno 2018:

Così interessante, e da brividi! 🙂 La tua scrittura è sempre perspicace e divertente, rendendo gli argomenti che affronti ancora più accattivanti.

Pensare a come i planari siano al servizio degli sforzi di ricerca per capire quanto siano incredibili le cellule è roba affascinante. Questo servirà agli studenti e dà al resto di noi molto su cui riflettere.

Così, mentre lavoro in giardino sembra inevitabile che un lombrico si metta nei guai con un attrezzo. Spero sempre che quello che ho sentito sia vero perché odio vederli nei guai!

Linda Crampton (autore) da British Columbia, Canada il 21 giugno 2018:

Ciao, Adrienne. Grazie per la visita. I planari hanno davvero caratteristiche interessanti. Sarà interessante vedere se ci aiuteranno in futuro.

Adrienne Farricelli on June 21, 2018:

Con caratteristiche così interessanti, non c’è da meravigliarsi che i planari vengano utilizzati nella ricerca. Speriamo che possano fornirci molte risposte.

Linda Crampton (autore) da British Columbia, Canada on June 20, 2018:

Grazie mille per il commento, Liz.

Liz Westwood da UK on June 20, 2018:

Questo è un articolo molto informativo e ben studiato. Ho sempre la sensazione di imparare molto leggendo i tuoi articoli.

Linda Crampton (autore) da British Columbia, Canada on June 19, 2018:

Anche a me piacciono sia l’etimologia che l’entomologia, Bede! Grazie mille per il commento. I planari sono sicuramente creature incredibili.

Bede dal Minnesota il 19 giugno 2018:

Imparo sempre cose nuove dai tuoi articoli, Linda. I planari sono creature semplicemente sorprendenti e pensare che la biologia umana potrebbe beneficiare dello studio delle loro capacità rigenerative è motivo di meraviglia. Grazie anche per aver spiegato il significato delle parole greche. Etimologia o entomologia – mi piacciono entrambi.

Linda Crampton (autore) da British Columbia, Canada il 19 giugno 2018:

Ciao, Dora. Apprezzo il tuo commento. I planari sono creature insolite. È interessante esplorare le loro capacità.

Linda Crampton (autore) da British Columbia, Canada il 19 giugno 2018:

Grazie mille, Manatita. Spero che la ricerca sulle planarie si riveli utile per gli umani. Potremmo scoprire alcuni fatti importanti sulla nostra biologia studiando gli animali.

Dora Weithers da I Caraibi on June 19, 2018:

Tu fai un grande nel tenere il nostro interesse per queste misteriose creature. Certo, i planari sono importanti. Il processo di rigenerazione è molto interessante e le caratteristiche esterne sono così diverse da quello che immaginiamo che sarebbero. Come sempre, grazie per la lezione.

manatita44 da londra il 19 giugno 2018:

Cose affascinanti!

Soprattutto i video. Stavo pensando che la ricerca planaria può eventualmente aiutare gli umani, ma hai toccato questo verso la fine, specialmente le cellule staminali.

Siamo così avanzati ora intellettualmente, scientificamente ed elettronicamente. Quindi alcune risposte sono puramente una questione di tempo.

Un altro pezzo briĺiant, Alicia.

Linda Crampton (autore) da British Columbia, Canada il 18 giugno 2018:

Questo è un punto molto interessante, Heidi. Apprezzo il tuo commento e spero che anche tu abbia una splendida settimana.

Heidi Thorne da Chicago Area on June 18, 2018:

Sempre educativo! Penso che il valore nello studio di queste mini creature sarà super prezioso quando finalmente scopriremo la vita su altri mondi. Quello che è previsto è che probabilmente verranno scoperti organismi semplici. Quindi il confronto con quello che c’è sul nostro pianeta aumenterà sicuramente la nostra comprensione di cosa sia la “vita”. Grazie per la condivisione e buona settimana!

Linda Crampton (autore) da British Columbia, Canada il 18 giugno 2018:

È così vero, Bill. Spero che nuove scoperte appaiano presto.

Bill Holland da Olympia, WA on June 18, 2018:

C’è così tanto che ancora non sappiamo, e in un certo senso questo è molto emozionante. Significa solo che presto arriveranno nuove scoperte, si spera scoperte che porteranno grandi benefici all’umanità.

Linda Crampton (autore) da British Columbia, Canada on June 18, 2018:

Grazie, Mary. Spero che la ricerca sia utile per gli esseri umani. Penso che l’azione delle cellule staminali sia un argomento affascinante.

Mary Norton da Ontario, Canada on June 18, 2018:

Questo è interessante e spero proprio che questa ricerca continui perché sembra molto promettente per gli umani soprattutto nella rigenerazione cellulare. C’è così tanto nelle cellule sia negli animali che negli esseri umani che ancora non conosciamo. Grazie per aver scritto su questo.

Linda Crampton (autore) da British Columbia, Canada il 18 giugno 2018:

Ciao, Ann. Grazie per la visita. I planari sembrano piuttosto dolci, specialmente quando sono ingranditi. Sono animali interessanti e potenzialmente molto utili.

Ann Carr da SW England on June 18, 2018:

Il tuo titolo mi ha attirato. ‘Cosa diavolo è un planare?’ ho pensato.

Che creature affascinanti sono queste! Sembrano piuttosto dolci. Anche il tuo articolo era affascinante.

Sono sempre stupito da ciò che la natura può fare; le complicazioni sono ampie. Pensiamo di essere la razza superiore, ma questo mi fa riflettere.

Sarebbe fantastico se la ricerca sulle planarie dimostrasse di aiutare gli umani con il trattamento delle cellule staminali e simili.

Grazie per l’istruzione, Linda.

Ann

Linda Crampton (autore) da British Columbia, Canada il 17 giugno 2018:

Grazie mille, Flourish. Le possibilità sono eccitanti. Spero che la ricerca alla fine porti a dei risultati meravigliosi per gli umani. Buona settimana!

FlourishAnyway from USA on June 17, 2018:

Questo è stato assolutamente affascinante e dà davvero credito alla nozione che le cellule staminali sono di enorme importanza per noi e altri esseri viventi. Immagina le possibilità! Grande articolo!

Linda Crampton (autore) da British Columbia, Canada il 17 giugno 2018:

Ciao, Jackie. Apprezzo sempre le tue visite, specialmente così presto dopo che ho pubblicato un articolo. La rigenerazione dei lombrichi è spesso impressionante, anche se la capacità dipende dalla specie e da dove viene tagliato il verme. Speriamo che gli studi sia dei planari che dei lombrichi ci aiutino un giorno.

Spero che tu abbia una grande settimana, Jackie. Sicuramente non sei un dummie!

Jackie Lynnley dal bel sud il 17 giugno 2018:

Nessun sistema respiratorio è incredibile. Sicuramente lo studio e i fatti portati da questo avranno un grande valore per noi un giorno, o lo penserei certamente.

Anche la riproduzione suona molto come il lombrico, vero? Voglio dire, essendo una ragazza di campagna è l’unico modo in cui avrei conoscenza di questo e non di qualsiasi natura sessuale ma semplicemente perché mi è stato insegnato di prenderne tutti i pizzichi con cui vuoi pescare e diventeranno solo un altro verme!

Difficile dimenticare quella lezione.

Grande articolo divertente come al solito, per aiutare ad educare noi tonti, Linda!

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