Planarie i regeneracja: Facts and Possible Applications

Linda Crampton jest pisarką i nauczycielką z dyplomem z wyróżnieniem w dziedzinie biologii. Uwielbia badać przyrodę i pisać o żywych istotach.

Dugesia subtentaculata

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

Czym jest planarianin?

Dla wielu studentów biologii słowo „planarianin” wyczarowuje obraz dziwnego płazińca ze skrzyżowanymi oczami i niesamowitą zdolnością do regeneracji. Nawet małe kawałki planariana mogą zregenerować brakujące części ciała i stworzyć kompletnego osobnika. Zwierzę to jest popularne w szkolnych laboratoriach i w badaniach naukowych. Ostatnie odkrycia na temat jego biologii może pomóc nam w naszym dążeniu do uruchomienia regeneracji ludzkich tkanek, narządów i części ciała.

Multiple gatunków są określane jako planarians, chociaż wiele z nich nie należą do rodzaju Planaria. Dugesia jest często używana jako planariana w szkolnych laboratoriach, na przykład. Planarie są słodkowodnymi stworzeniami, które mają wiele cech wspólnych, w tym większość cech anatomicznych i zdolność do regeneracji. Są to małe stworzenia, które można dostrzec nieuzbrojonym okiem, ale najlepiej ogląda się je pod mikroskopem. Naukowcy dokonują ciekawych odkryć na temat ich komórek i zachowania.

Rozmiary typowych planariów laboratoryjnych

Rev314159, va flickr, CC BY-ND 2.0 License

Planarie należą do gromady płazińców, czyli phylum Platyhelminthes. Nazwa tego azylu pochodzi od greckich słów platy, co oznacza płaski, i helminth, co oznacza robaka. Tasiemce i paciorkowce są również płazińcami.

Cechy zewnętrzne

Jak sugeruje nazwa ich azylu, planarie mają spłaszczone ciało. Ich barwa jest różna. Poruszają się ruchem ślizgowym i falistym. Ich „oczy” są w rzeczywistości eyespots (lub ocelli), które mogą wykryć intensywność światła, ale nie może tworzyć image.

Planarians często mają ucho jak projekcji na każdej stronie ich ciała obok ich oczu. Te występy nazywane są małżowinami usznymi. Nie odgrywają one roli w słyszeniu, jak mogłaby sugerować ich nazwa, ale zamiast tego zawierają chemoreceptory do wykrywania substancji chemicznych. Są one również wrażliwe na dotyk. Małżowiny uszne pomagają planarianinowi znaleźć pożywienie.

Usta planarianina znajdują się mniej więcej w połowie dolnej części jego ciała. U wielu osobników obok pyska i pod powierzchnią ciała można dostrzec strukturę przypominającą pręt. To jest gardło, rurkowata struktura, która prowadzi do reszty przewodu pokarmowego. Planarianin wysuwa swoje gardło przez otwór gębowy, aby móc ssać pokarm. Wszystkie planarie mają gardło i odżywiają się tą metodą, nawet jeśli struktura ta nie jest widoczna z zewnątrz.

Systemy trawienne i wydalnicze

Planarie mają układ trawienny, wydalniczy i nerwowy, ale nie mają układu oddechowego ani krążenia. Tlen wchodzi do ciała i przemieszcza się do komórek zwierzęcia przez dyfuzję. Dwutlenek węgla opuszcza komórki i przemieszcza się na powierzchnię ciała przez ten sam proces. Cienkość ciała zwierzęcia sprawia, że wymiana gazowa bez specjalnych struktur jest praktyczna.

Trawienie

Planarie są mięsożercami i zdobywają pożywienie poprzez drapieżnictwo lub padlinożerstwo. Mięśniowe gardło rozciąga się przez usta do pobierania pokarmu, a następnie wycofuje się do ciała. Gardło prowadzi do rozgałęzionego przewodu pokarmowego. Składniki odżywcze z pokarmu przenikają przez ścianę tego przewodu do komórek zwierzęcia. Pokarm niestrawny jest wydalany przez jamę ustną. Planariony nie mają odbytu.

Wydzielanie

Ciało planariana zawiera rurkowate struktury zwane protonephridia, w których znajdują się komórki płomykowe. Komórki płomieniowe zawierają nitkowate struktury zwane flagellami. Flagella bije, przypominając obserwatorom migoczący płomień i nadając komórkom ich nazwę. Bijące flagelle przemieszczają płyn zawierający substancje odpadowe poza ciało przez pory na powierzchni zwierzęcia.

Struktura ludzkiego neuronu, czyli komórki nerwowej

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

Powyższa struktura jest neuronem ssaka, a nie planariana, ale pokazuje związek między ciałem komórkowym a aksonem u planariana. Akson jest przedłużeniem ciała komórkowego.

Układ nerwowy

Głowa planariana zawiera dwa połączone zwoje, które są znane jako zwoje mózgowe. Zwoje to masa tkanki nerwowej składająca się z ciał komórkowych neuronów. Ciało komórkowe zawiera jądro i organelle neuronu. Przedłużenie ciała komórki, zwane aksonem, przekazuje impuls nerwowy do następnego neuronu. Nerwy planariana zawierają wiązkę aksonów.

Nerwy rozciągają się od zwojów mózgowych przez ciało planariana, które zawiera inne zwoje. Zwoje i nerwy tworzą drabinopodobny układ nerwowy, jak pokazano na poniższej ilustracji.

Połączone zwoje w głowie planisty są czasami określane jako mózg, choć tworzą znacznie prostszą strukturę niż nasz mózg. Niemniej jednak aktywność „mózgu” tego zwierzęcia jest interesująca. Aktywność ta jest badana w eksperymentach z zakresu uczenia się i farmakologii z udziałem zwierzęcia.

Układ nerwowy planariana

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

Ciało planariana zawiera mięśnie rozciągające się w kilku kierunkach. Jego spodnia powierzchnia wytwarza śluz i ma wiele włoskowatych struktur zwanych rzęskami. Cechy te umożliwiają zwierzęciu poruszanie się po powierzchni za pomocą ruchu ślizgowego, gdy rzęski biją. Planarie również pływają przez wodę.

Układ rozrodczy

Niektóre gatunki planariów rozmnażają się zarówno płciowo, jak i bezpłciowo. Inne rozmnażają się tylko bezpłciowo. Gatunki, które mogą rozmnażać się płciowo, zawierają zarówno jajniki, jak i jądra, są więc hermafrodytami. Sperma jest wymieniana między dwoma osobnikami podczas kopulacji. Jaja są zapładniane wewnętrznie i są składane w kapsułach.

W rozmnażaniu bezpłciowym, koniec ogona planarian oddziela się od reszty ciała. Ogon rozwija nową głowę, a głowa koniec zwierzęcia rozwija nowy ogon. W rezultacie powstają dwa osobniki.

Komórki macierzyste

Planarie mogą regenerować brakujące części dzięki powszechnej obecności komórek macierzystych. Komórka macierzysta jest niewyspecjalizowana, ale może wytworzyć wyspecjalizowane komórki, gdy jest prawidłowo stymulowana. Komórki macierzyste planarian są znane jako neoblasty. Natura neoblastów i procesy, które występują jako regeneracja jest aktywowana i przeprowadzana są nadal badane.

Ludzie również mają komórki macierzyste, ale w bardziej ograniczonym zakresie niż planarianie. Komórki mają cechę znaną jako potencja i są klasyfikowane w następujący sposób.

  • Totipotencjalne komórki macierzyste mogą produkować każdy rodzaj komórek w organizmie plus komórki łożyska.
  • Pluripotencjalne komórki mogą produkować każdy rodzaj komórek w organizmie, ale nie komórki łożyska.
  • Komórki wielopotencjalne mogą produkować kilka typów wyspecjalizowanych komórek.
  • Komórki jednopotencjalne mogą produkować tylko jeden typ wyspecjalizowanej komórki.

Komórki macierzyste w planariach są pluripotencjalne (a przynajmniej te, które zostały zbadane). Jest ich tak wiele w całym organizmie, że nawet mały kawałek planariana zawiera te komórki.

Następny film pokazuje planariana przeciętego na pół, a następnie rozrastającego się w dwa organizmy. Biolodzy zakładają, że ponieważ układ nerwowy planarianina jest o wiele prostszy od naszego, nie odczuwa on bólu w taki sposób, jak my. Jest to jednak tylko przypuszczenie.

zdolność do regeneracji

Nowe osobniki powstałe w wyniku pocięcia danego planariana na kawałki są genetycznie identyczne ze swoim „rodzicem”. Nawet jeśli ciało zostanie pocięte na ponad sto kawałków, każdy kawałek wyrośnie na kompletne zwierzę. W XIX wieku naukowiec o nazwisku Thomas Hunt Morgan twierdził, że 279 kawałków planariana zregeneruje nowe osobniki.

Nie jest konieczne całkowite rozdzielenie planariana na kawałki w celu wywołania regeneracji. Jeśli głowa zostanie przecięta przez środek, podczas gdy reszta ciała pozostanie nienaruszona, każda połowa głowy zregeneruje brakującą część. W rezultacie zwierzę kończy z dwiema głowami. Regeneracja u planarian trwa około siedmiu dni, a czasem trochę dłużej.

Fakty o regeneracji planarian

  • Jeśli neoblasty zostaną zniszczone przez promieniowanie, planarianin, który został przecięty, nie jest w stanie zregenerować brakujących części i umiera w ciągu kilku tygodni.
  • Jeśli nowe neoblasty są przeszczepiane do napromieniowanego zwierzęcia, odzyskuje ono zdolność do regeneracji.
  • Gdy część planariana jest amputowana, neoblasty wędrują do rany i tworzą strukturę zwaną blastemą. W strukturze tej zachodzi produkcja i różnicowanie nowych komórek.
  • Części uzyskane z dwóch obszarów ciała planariana nie są w stanie zregenerować całego zwierzęcia. Obszary te to gardło i głowa przed oczodołami.

Badacze badają procesy sygnalizacyjne, które nakazują neoblastom migrować do zranionego obszaru, a następnie wytwarzać szereg wyspecjalizowanych komórek. Badania te są ważne dla zrozumienia zachowania komórek macierzystych u planarian i być może u ludzi.

Nowe trendy w badaniach: Genes and RNA

Komórki uwalniają cząsteczki sygnalizacyjne, aby wpłynąć na inne komórki. Cząsteczki te są często białkami. Wykonują one swoją pracę łącząc się z receptorami na powierzchni innych komórek, które również są białkami. Związek cząsteczki sygnalizacyjnej i jej receptora wyzwala określoną odpowiedź w komórce odbiorcy.

DNA w jądrze komórki zawiera zakodowane instrukcje tworzenia białek potrzebnych organizmowi, w tym tych, które działają jako cząsteczki sygnalizacyjne. Kod do wykonania określonego białka jest przepisywany na cząsteczkę RNA, która wędruje do rybosomów poza jądrem. Tutaj powstaje odpowiednie białko.

Każdy gen w cząsteczce DNA koduje specyficzne białko. Niektórzy badacze planarian koncentrują swoje badania na genach i transkryptach RNA (posłaniec RNA transkrybowany z określonego genu w cząsteczce DNA). Badania te mogą dać nowy wgląd w proces regeneracji u zwierząt.

Jeden gen komórek macierzystych planarian, który uważa się za zaangażowany w regenerację, nazywa się genem piwi (wymawiane pee-wee). Mamy blisko spokrewniony gen w naszej spermie i jajach. Odgrywa on również rolę w aktywności naszych komórek macierzystych. Niektóre z innych genów zaangażowanych w regenerację planarian przypominają te występujące u ludzi. Być może pewnego dnia dowiemy się, jak wykorzystać te geny w regeneracji ludzkich części ciała.

Schmidtea mediterranea

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

Schmidtea mediterranea to popularny w badaniach naukowych planarianin. Pochodzi z Europy i ma doskonałą zdolność do regeneracji.

Komórki Nb2

Zespół badaczy ze Stanów Zjednoczonych dokonał kilku interesujących odkryć dotyczących komórek macierzystych planarian. Naukowcy opracowali nową metodę identyfikacji i klasyfikacji neoblastów planarnych. W rezultacie odkryli dwanaście typów neoblastów, w tym typ, który nazwali podtypem 2 lub Nb2.

Nb2 jest pluripotentny i posiada na swojej powierzchni białko zwane tetraspaniną. Białko to jest kodowane w genie zwanym tetraspanin-1. Tetraspanin jest w rzeczywistości nazwa rodziny białek. Nasze ciała zawierają niektórych członków tej rodziny. U ludzi białka te są zaangażowane w rozwój i wzrost komórek.

Naukowcy odkryli następujące fakty dotyczące zachowania komórek Nb2.

  • Gdy badacze przecięli planarie, stwierdzili, że populacja komórek Nb2 w każdej połówce gwałtownie wzrosła.
  • Komórki, które zostały wyizolowane w sprzęcie laboratoryjnym, przetrwały subletalne leczenie promieniowaniem.
  • Gdy planarie zostały wystawione na dawkę promieniowania, która normalnie byłaby śmiertelna, pojedyncza wstrzyknięta komórka Nb2 namnożyła się, a następnie rozprzestrzeniła się wśród zwierząt, ratując je.
  • Transkryptom komórki jest sumą wszystkich jej transkryptów RNA. Transkryptom komórek Nb2 jest inny podczas normalnego życia, po wystawieniu na subletalne promieniowanie i podczas regeneracji. Sugeruje to, że w każdej sytuacji powstaje inny zestaw białek.

Planaria torva

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

Possible Relevance to Human Biology

Może wydawać się dziwne, że stworzenie, które wydaje się być tak różne od ludzi, może posiadać informacje istotne dla naszej biologii. Na poziomie komórkowym, jednakże, planarianie mają wiele wspólnego z ludźmi. Nawet ich narządy i systemy mają pewne podobieństwa do tych z humans.

Jeden badacz nazywa planarian in-vivo Petri dish dla pluripotentnych komórek macierzystych. Eksperyment in-vivo jest przeprowadzany na żywych istotach. Eksperyment in-vitro jest przeprowadzany w sprzęcie laboratoryjnym, takim jak szalki Petriego. Eksperymenty przeprowadzane w naczyniach szklanych mogą być użyteczne. Mają one jednak ograniczoną wartość, ponieważ brakuje w nich interakcji występujących w żywych organizmach. W organizmie planarian te interakcje są obecne. Studiowanie tych zwierząt może doprowadzić do przełomów w naszym rozumieniu biologii człowieka.

  • Informacje o płaskonogach z Rice University
  • Wprowadzenie do platyhelminthes z University of California Museum of Paleontology
  • Fakty o regeneracji planariów z Max Planck Institute for Molecular Medicine
  • Informacje o nowo odkrytym neoblaście z czasopisma Science
  • Podsumowanie nowych badań nad Nb2 z czasopisma Cell

© 2018 Linda Crampton

Linda Crampton (autor) z Kolumbii Brytyjskiej, Kanada w dniu 29 czerwca 2018 roku:

Dziękuję bardzo, Devika.

DDE on June 29, 2018:

Zabawiłaś mnie wieloma faktami i fascynującymi tytułami. Ten nie jest wyjątkiem!

Linda Crampton (autor) from British Columbia, Canada on June 21, 2018:

Dziękuję bardzo za wizytę i miły komentarz, RTalloni. Też nie znoszę, gdy dżdżownice mają kłopoty!

RTalloni 21 czerwca 2018:

Takie ciekawe, i przyprawiające o dreszcze! 🙂 Twoje pisanie jest zawsze wnikliwe i zabawne, dzięki czemu tematy, które poruszasz, są jeszcze bardziej wciągające.

Myślenie o tym, jak planarianie służą wysiłkom badawczym, aby zrozumieć, jak niesamowite są komórki, jest fascynującą rzeczą. Będzie to dobrze służyć studentom, a reszcie z nas daje wiele do myślenia.

Tak więc, gdy pracuję w ogrodzie, wydaje się nieuniknione, że dżdżownica wpada w kłopoty z jakimś narzędziem. Zawsze mam nadzieję, że to, co słyszałem, jest prawdą, ponieważ nienawidzę widzieć ich w kłopotach!

Linda Crampton (autor) z Kolumbii Brytyjskiej, Kanada 21 czerwca 2018:

Cześć, Adrienne. Dziękuję za wizytę. Planarianie rzeczywiście mają interesujące cechy. Interesujące będzie zobaczyć, czy pomogą nam w przyszłości.

Adrienne Farricelli on June 21, 2018:

Z takimi interesującymi cechami, nie jest dziwne, dlaczego planarie są wykorzystywane w badaniach. Miejmy nadzieję, że mogą one dostarczyć nam wielu odpowiedzi.

Linda Crampton (autor) z Kolumbii Brytyjskiej, Kanada 20 czerwca 2018:

Dziękuję bardzo za komentarz, Liz.

Liz Westwood z Wielkiej Brytanii 20 czerwca 2018:

To bardzo pouczający i dobrze zbadany artykuł. Zawsze czuję, że uczę się dużo poprzez czytanie twoich artykułów.

Linda Crampton (autor) z Kolumbii Brytyjskiej, Kanada 19 czerwca 2018:

Lubię zarówno etymologię, jak i entomologię również, Bede! Dziękuję Ci bardzo za komentarz. Planarianie to zdecydowanie niesamowite stworzenia.

Bede z Minnesoty 19 czerwca 2018:

Zawsze uczę się nowych rzeczy z twoich artykułów, Linda. Planarianie są po prostu niesamowitymi stworzeniami, a myślenie, że ludzka biologia może skorzystać z badania ich zdolności regeneracyjnych, jest powodem do zachwytu. Dzięki również za wyjaśnienie znaczenia greckich słów. Etymologia lub entomologia – lubię je oba.

Linda Crampton (autor) z Kolumbii Brytyjskiej, Kanada 19 czerwca 2018 r.:

Cześć, Dora. Doceniam twój komentarz. Planarianie są niezwykłymi stworzeniami. Interesujące jest badanie ich zdolności.

Linda Crampton (autor) from British Columbia, Canada on June 19, 2018:

Dziękuję bardzo, Manatita. Mam nadzieję, że badania nad planarianami okażą się przydatne dla ludzi. Być może odkryjemy jakieś ważne fakty dotyczące naszej biologii, studiując te zwierzęta.

Dora Weithers z Karaibów 19 czerwca 2018:

Robisz świetnie, podtrzymując nasze zainteresowanie tymi tajemniczymi stworzeniami. Pewnie, że planarianie mają znaczenie. Proces regeneracji jest bardzo ciekawy, a cechy zewnętrzne są tak niepodobne do tego, czego się domyślamy, że będą. Jak zawsze dzięki za lekcję.

manatita44 from london on June 19, 2018:

Fascynujące rzeczy!

Szczególnie filmiki. Myślałem, że badania nad planarianami mogą ewentualnie pomóc ludziom, ale poruszyłeś to pod koniec, zwłaszcza komórki macierzyste.

Jesteśmy teraz tak zaawansowani intelektualnie, naukowo i elektronicznie. Więc niektóre odpowiedzi są wyłącznie kwestią czasu.

Kolejny briĺiant kawałek, Alicia.

Linda Crampton (autor) z Kolumbii Brytyjskiej, Kanada 18 czerwca 2018:

To bardzo interesujący punkt, Heidi. Doceniam twój komentarz i mam nadzieję, że masz wspaniały tydzień, too.

Heidi Thorne z Chicago Area w dniu 18 czerwca 2018 r.:

Zawsze edukacyjny! Myślę, że wartość w studiowaniu tych mini stworzeń będzie super cenna, gdy w końcu odkryjemy życie na innych światach. Co jest przewidywane, to prawdopodobnie zostaną odkryte proste organizmy. Więc porównanie ich z tym, co jest na naszej planecie, zdecydowanie zwiększy nasze zrozumienie tego, czym jest „życie”. Dzięki za dzielenie się i życzę wspaniałego tygodnia!

Linda Crampton (autor) z Kolumbii Brytyjskiej, Kanada 18 czerwca 2018 r.:

To takie prawdziwe, Bill. Mam nadzieję, że nowe odkrycia rzeczywiście pojawiają się wkrótce.

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

Jest tak wiele, czego wciąż nie wiemy, i w pewnym sensie jest to bardzo ekscytujące. Oznacza to tylko, że wkrótce nadejdą nowe odkrycia, miejmy nadzieję, że odkrycia, które przyniosą ogromne korzyści ludzkości.

Linda Crampton (autor) z Kolumbii Brytyjskiej, Kanada 18 czerwca 2018:

Dzięki, Mary. Mam nadzieję, że badania są pomocne dla ludzi. Myślę, że działanie komórek macierzystych jest fascynującym tematem.

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

To jest interesujące i mam nadzieję, że te badania są kontynuowane, ponieważ wyglądają bardzo obiecująco dla ludzi, szczególnie w regeneracji komórek. Jest tak wiele w komórkach zarówno u zwierząt, jak i u ludzi, o których wciąż nie wiemy. Dziękuję za pisanie na ten temat.

Linda Crampton (autor) z Kolumbii Brytyjskiej, Kanada 18 czerwca 2018:

Cześć, Ann. Dzięki za wizytę. Planarianie rzeczywiście wyglądają dość słodko, zwłaszcza gdy są powiększone. Są interesującymi i potencjalnie bardzo pomocnymi zwierzętami.

Ann Carr z SW England on June 18, 2018:

Twój tytuł mnie wciągnął. 'Co u licha jest planarianinem?’ Pomyślałem.

Jakie fascynujące stworzenia to są! Wyglądają raczej słodko. Twój artykuł też był fascynujący.

Zawsze jestem zdumiony tym, co może zrobić natura; komplikacje są rozległe. Myślimy, że jesteśmy rasą wyższą, ale to mnie zastanawia.

Byłoby wspaniale, gdyby badania nad planarianami okazały się pomocne ludziom w leczeniu komórek macierzystych i tym podobnych.

Dzięki za edukację, Linda.

Ann

Linda Crampton (autor) z Kolumbii Brytyjskiej, Kanada 17 czerwca 2018:

Dziękuję bardzo, Flourish. Możliwości są ekscytujące. Mam nadzieję, że badania ostatecznie prowadzą do niektórych wspaniałych wyników dla ludzi. Miłego tygodnia!

FlourishAnyway z USA 17 czerwca 2018:

To było gruntownie fascynujące i naprawdę uwiarygodnia pojęcie, że komórki macierzyste mają ogromne znaczenie dla nas i innych istot żywych. Wyobraź sobie możliwości! Świetny artykuł!

Linda Crampton (autor) z Kolumbii Brytyjskiej, Kanada 17 czerwca 2018:

Cześć, Jackie. Zawsze doceniam twoje wizyty, szczególnie tak szybko po tym, jak publikuję artykuł. Regeneracja dżdżownic jest często imponująca, chociaż zdolność zależy od gatunku i miejsca, w którym robak jest cięty. Hopefully the studies of both planarians and earthworms will help us one day.

I hope you have a great week, Jackie. Zdecydowanie nie jesteś dummie!

Jackie Lynnley z pięknego południa 17 czerwca 2018:

Nie układ oddechowy jest niesamowity. Z pewnością badania i fakty z tego przyniesione będą miały kiedyś dla nas wielką wartość, albo na pewno bym tak myślała.

Rozmnażanie brzmi też bardzo podobnie do dżdżownicy, prawda? Chodzi mi o to, że będąc wiejską dziewczyną, tylko w ten sposób mogłabym mieć wiedzę na ten temat i to nie o charakterze seksualnym, ale po prostu dlatego, że uczono mnie, by brać z nich wszystkie szczypty na ryby, które chcesz, a one po prostu staną się kolejnymi robakami!

Trudno zapomnieć tę lekcję.

Wspaniały artykuł rozrywkowy, jak zwykle, by pomóc w edukacji nas, głupków, Lindo!

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.