Planarii și regenerarea: Facts and Possible Applications

Linda Crampton este scriitoare și profesoară, cu o diplomă de onoare în biologie. Îi place să studieze natura și să scrie despre ființele vii.

Dugesia subtentaculata

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

Ce este un planarian?

Pentru mulți studenți la biologie, cuvântul „planarian” evocă imaginea unui vierme plat ciudat cu ochi încrucișați și cu o capacitate uimitoare de regenerare. Chiar și bucăți mici ale unui planarian pot regenera părți lipsă din corp și pot forma un individ complet. Animalul este popular în laboratoarele școlare și în cercetarea științifică. Descoperirile recente despre biologia sa ne pot ajuta în încercarea noastră de a declanșa regenerarea țesuturilor, organelor și părților corpului uman.

Multe specii sunt denumite planari, chiar dacă multe dintre ele nu aparțin genului Planaria. Dugesia este adesea folosită ca planari în laboratoarele școlare, de exemplu. Planarii sunt creaturi de apă dulce care au multe caracteristici comune, inclusiv majoritatea trăsăturilor anatomice și capacitatea lor de a se regenera. Sunt creaturi mici care pot fi observate cu ochiul liber, dar cel mai bine pot fi observate la microscop. Oamenii de știință fac unele descoperiri interesante despre celulele și comportamentul lor.

Dimensiunile planarilor tipici de laborator

Rev314159, va flickr, CC BY-ND 2.0 License

Planariile fac parte din phylum-ul viermilor plați, sau phylum Platyhelminthes. Numele filumului provine de la cuvintele grecești platy, care înseamnă plat, și helminth, care înseamnă vierme. Tenia și flukes sunt, de asemenea, viermi plați.

Caracteristici externe

Așa cum sugerează și numele filumului lor, planarii au un corp aplatizat. Culoarea lor variază. Se deplasează printr-o mișcare de alunecare și ondulare. „Ochii” lor sunt de fapt puncte oculare (sau oceli) care pot detecta intensitatea luminii, dar nu pot forma o imagine.

Planarii au adesea o proiecție asemănătoare unei urechi de fiecare parte a corpului lor, lângă ochi. Aceste proiecții se numesc auricule. Ele nu joacă un rol în auz, așa cum ar putea sugera numele lor, dar în schimb conțin chemoreceptori pentru a detecta substanțele chimice. Ele sunt, de asemenea, sensibile la atingere. Urechile ajută un planar să găsească hrana.

Gura unui planar este situată aproximativ la jumătatea părții inferioare a corpului său. La mulți indivizi, o structură asemănătoare unei tije poate fi observată lângă gură și sub suprafața animalului. Acesta este faringele, o structură tubulară care duce la restul tractului digestiv. Un planar își prelungește faringele prin gură pentru a aspira hrana. Toate planariile au faringe și se hrănesc prin această metodă, chiar dacă structura nu este vizibilă în exterior.

Sistemele digestiv și excretor

O planară are un sistem digestiv, excretor și nervos, dar nu are sistem respirator sau circulator. Oxigenul intră în organism și se deplasează spre celulele animalului prin difuzie. Dioxidul de carbon părăsește celulele și călătorește spre suprafața corpului prin același proces. Subțirimea corpului animalului face ca schimbul de gaze fără structuri speciale să fie practic.

Digestie

Planarii sunt carnivori și își obțin hrana prin prădare sau ecarisaj. Faringele muscular se prelungește prin gură pentru a culege hrana și apoi se retrage în corp. Faringele duce la un tub digestiv ramificat. Substanțele nutritive din hrană se difuzează prin peretele acestui tract și pătrund în celulele animalului. Alimentele nedigerabile sunt eliberate prin gură. Planarii nu au anus.

Excreție

Corpul unui planar conține structuri tubulare numite protonefridii, care conțin celule de flacără. Celulele de flagel conțin structuri filiforme numite flageli. Flagelul bate, amintind observatorilor de o flacără pâlpâitoare și dând numele celulelor. Flagelul care bate deplasează lichidul care conține substanțe reziduale în afara corpului prin porii de pe suprafața animalului.

Structura unui neuron uman, sau a unei celule nervoase

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

Structura de mai sus este un neuron de mamifer, nu unul de planară, dar arată relația dintre corpul celular și axon la planare. Axonul este prelungirea din corpul celular.

Sistemul nervos

Capul unui planar conține doi ganglioni conectați, care sunt cunoscuți sub numele de ganglioni cerebrali. Un ganglion este o masă de țesut nervos compusă din corpurile celulare ale neuronilor. Corpul celular conține nucleul și organitele unui neuron. O prelungire a corpului celular, numită axon, transmite impulsul nervos către neuronul următor. Nervii unui planar conțin un fascicul de axoni.

Nervii se extind de la ganglionii cerebrali prin corpul planarului, care conține alți ganglioni. Ganglionii și nervii formează un sistem nervos în formă de scară, așa cum se arată în ilustrația de mai jos.

Ganglionii conectați din capul unui planar sunt uneori numiți creier, deși formează o structură mult mai simplă decât creierul nostru. Cu toate acestea, activitatea „creierului” animalului este interesantă. Această activitate este explorată în experimente de învățare și farmacologie care implică animalul.

Sistemul nervos al unui planar

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

Corpul unui planar conține mușchi care se extind în mai multe direcții. Suprafața sa inferioară produce mucus și are multe structuri asemănătoare cu părul, numite cili. Aceste caracteristici permit animalului să se deplaseze pe suprafețe folosind o mișcare de alunecare în timp ce cilia bat. Planarii înoată, de asemenea, prin apă.

Sistemul de reproducere

Câteva specii de planari se reproduc atât pe cale sexuală, cât și asexuată. Altele se reproduc numai pe cale asexuată. Speciile care se pot reproduce pe cale sexuală conțin atât ovare cât și testicule și sunt, prin urmare, hermafrodite. Sperma este schimbată între două animale în timpul împerecherii. Ouăle sunt fertilizate intern și sunt depuse în capsule.

În reproducerea asexuată, capătul cozii unui planar se separă de restul corpului său. Coada dezvoltă un nou cap, iar capătul animalului dezvoltă o nouă coadă. Ca urmare, sunt produși doi indivizi.

Celule stem

Planarii pot regenera părțile lipsă datorită prezenței pe scară largă a celulelor stem. O celulă stem este nespecializată, dar poate produce celule specializate atunci când este stimulată corect. Celulele stem planare sunt cunoscute sub numele de neoblaste. Natura neoblastelor și procesele care au loc pe măsură ce regenerarea este activată și realizată sunt încă în curs de investigare.

Oamenii au, de asemenea, celule stem, dar într-o măsură mai limitată decât planarii. Celulele au o caracteristică cunoscută sub numele de potență și sunt clasificate după cum urmează.

  • Celele stemotipotente pot produce fiecare tip de celulă din organism plus celulele din placentă.
  • Celele puripotente pot produce fiecare tip de celulă din organism, dar nu și celulele din placentă.
  • Celele multipotente pot produce mai multe tipuri de celule specializate.
  • Celele unipotente pot produce doar un singur tip de celulă specializată.

Celele stem din planari sunt pluripotente (sau cel puțin cele care au fost studiate sunt). Există atât de multe dintre ele în tot corpul, încât chiar și o bucată mică de planar conține aceste celule.

Video-ul de mai jos arată cum un planar este tăiat în două și apoi crește în două organisme. Biologii presupun că, deoarece sistemul nervos al unui planarian este mult mai simplu decât al nostru, acesta nu simte durerea în felul în care o simțim noi. Totuși, aceasta este doar o presupunere.

Capacitatea de a se regenera

Noii indivizi produși prin tăierea în bucăți a unui anumit planarian sunt identici din punct de vedere genetic cu „părintele” lor. Chiar și atunci când corpul este tăiat în mai mult de o sută de bucăți, fiecare bucată va crește într-un animal complet. În secolul al XIX-lea, un om de știință pe nume Thomas Hunt Morgan a afirmat că 279 de bucăți ale unui planarian vor regenera noi indivizi.

Nu este necesar să separați complet un planarian în bucăți pentru a declanșa regenerarea. Dacă capul este tăiat pe mijloc, în timp ce restul corpului este lăsat intact, fiecare jumătate de cap regenerează partea lipsă. Ca urmare, animalul ajunge să aibă două capete. Regenerarea la un planar durează aproximativ șapte zile sau, uneori, puțin mai mult.

Facte despre regenerarea planarilor

  • Dacă neoblastele sale sunt distruse de radiații, un planar care a fost tăiat este incapabil să regenereze părțile lipsă și moare în câteva săptămâni.
  • Dacă noi neoblaste sunt transplantate într-un animal iradiat, acesta își recapătă capacitatea de regenerare.
  • Când o parte a unui planarian este amputată, neoblastele se deplasează spre rană și formează o structură numită blastema. Producția și diferențierea de celule noi are loc în această structură.
  • Piesele obținute din două zone ale corpului unui planar nu sunt capabile să regenereze un animal întreg. Aceste zone sunt faringele și capul din fața punctelor oculare.

Cercetătorii investighează procesele de semnalizare care spun neoblastelor să migreze în zona lezată și apoi să producă o serie de celule specializate. Cercetarea este importantă pentru înțelegerea comportamentului celulelor stem la planare și, poate, la oameni.

Noi tendințe în cercetare: Genes and RNA

Celele eliberează molecule de semnalizare pentru a influența alte celule. Moleculele sunt adesea proteine. Ele își fac treaba prin aderarea la receptorii de pe suprafața altor celule, care sunt, de asemenea, proteine. Unirea unei molecule de semnalizare și a receptorului său declanșează un anumit răspuns în celula receptoare.

ADN-ul din nucleul unei celule conține instrucțiuni codificate pentru fabricarea proteinelor necesare unui organism, inclusiv a celor care acționează ca molecule de semnalizare. Codul pentru fabricarea unei proteine specifice este transcris pe o moleculă de ARN mesager, care se deplasează către ribozomii din afara nucleului. Aici se fabrică proteina respectivă.

Care genă dintr-o moleculă de ADN codifică pentru o proteină specifică. Unii cercetători planari își concentrează studiile asupra genelor și a transcriptelor de ARN (ARN mesager transcris dintr-o genă specifică dintr-o moleculă de ADN). Aceste studii pot oferi noi perspective asupra procesului de regenerare la aceste animale.

O genă a celulelor stem planare despre care se crede că este implicată în regenerare se numește gena piwi (pronunțat pee-wee). Noi avem o genă foarte apropiată în sperma și ovulele noastre. Aceasta joacă, de asemenea, un rol în activitatea celulelor noastre stem. Unele dintre celelalte gene implicate în regenerarea planarilor se aseamănă cu cele de la oameni. Poate că într-o zi vom învăța cum să folosim aceste gene în regenerarea unor părți ale corpului uman.

Schmidtea mediterranea

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

Schmidtea mediterranea este o planară populară în cercetarea științifică. Este originar din Europa și are o capacitate excelentă de regenerare.

Celule Nb2

O echipă de cercetători din Statele Unite a făcut câteva descoperiri interesante despre celulele stem planare. Cercetătorii au dezvoltat o nouă metodă de identificare și clasificare a neoblastelor planare. Ca urmare, ei au descoperit douăsprezece tipuri de neoblaste, inclusiv un tip pe care îl numesc subtipul 2 sau Nb2.

Nb2 este pluripotent și are o proteină pe suprafața sa numită tetraspanină. Proteina este codificată într-o genă numită tetraspanin-1. Tetraspanin este, de fapt, numele unei familii de proteine. Organismul nostru conține unii membri ai acestei familii. La oameni, proteinele sunt implicate în dezvoltarea și creșterea celulară.

Cercetătorii au descoperit următoarele fapte despre comportamentul celulelor Nb2.

  • Când cercetătorii au tăiat planarii, au descoperit că populația de celule Nb2 din fiecare jumătate a crescut rapid.
  • Celulele care au fost izolate în echipamentul de laborator au supraviețuit unui tratament cu radiații subletale.
  • Când planarii au fost expuși la o doză de radiații care, în mod normal, ar fi fost letală, o singură celulă Nb2 injectată s-a înmulțit și apoi s-a răspândit prin animale, salvându-le.
  • Transcriptomul unei celule este suma tuturor transcriptelor sale de ARN. Transcriptomul celulelor Nb2 este diferit în timpul vieții normale, după expunerea la radiații subletale și în timpul regenerării. Acest lucru sugerează că în fiecare situație se produce un set diferit de proteine.

Planaria torva

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

Posibilă relevanță pentru biologia umană

Ar putea părea ciudat că o creatură care pare atât de diferită de oameni poate deține informații relevante pentru biologia noastră. Cu toate acestea, la nivel celular, planarii au multe în comun cu oamenii. Chiar și organele și sistemele lor au unele asemănări cu cele ale oamenilor.

Un cercetător numește planarii o farfurie Petri in-vivo pentru celulele stem pluripotente. Un experiment in-vivo se face în ființe vii. Un experiment in-vitro se face în echipamente de laborator, cum ar fi vasele Petri. Experimentele realizate în vase de sticlă pot fi utile. Cu toate acestea, ele au o valoare limitată, deoarece lipsesc interacțiunile întâlnite în corpurile vii. În corpul planarului, aceste interacțiuni sunt prezente. Studierea acestor animale ar putea duce la descoperiri în înțelegerea biologiei umane.

  • Informații despre viermii plați de la Rice University
  • Introducere la platyhelminthes de la University of California Museum of Paleontology
  • Facte despre regenerarea planarilor de la Max Planck Institute for Molecular Medicine
  • Informații despre un neoblast nou descoperit din revista Science
  • Un rezumat al noilor cercetări privind Nb2 din revista Cell

© 2018 Linda Crampton

Linda Crampton (autor) din British Columbia, Canada la 29 iunie 2018:

Mulțumesc foarte mult, Devika.

DDE la 29 iunie 2018:

Ai reușit să mă amuzi cu multe fapte și titluri fascinante. Acesta nu face excepție!

Linda Crampton (autor) din British Columbia, Canada la 21 iunie 2018:

Mulțumesc mult pentru vizită și pentru comentariul amabil, RTalloni. Și eu urăsc să văd râmele de pământ în necazuri!

RTalloni on June 21, 2018:

Atât de interesant, și înfiorător! 🙂 Scrisul dvs. este întotdeauna perspicace și amuzant, ceea ce face ca subiectele pe care le abordați să fie și mai captivante.

Gândindu-vă la modul în care planarii servesc eforturilor de cercetare pentru a înțelege cât de uimitoare sunt celulele este un lucru fascinant. Acest lucru le va fi de folos studenților și ne dă nouă, celorlalți, multe motive de reflecție.

Așa că, în timp ce lucrez în grădină, pare inevitabil ca o râmă să aibă probleme cu o unealtă. Întotdeauna sper că ceea ce am auzit este adevărat, deoarece urăsc să le văd în necazuri!

Linda Crampton (autor) din British Columbia, Canada la 21 iunie 2018:

Hi, Adrienne. Îți mulțumesc pentru vizită. Planarii au într-adevăr caracteristici interesante. Va fi interesant de văzut dacă ne vor ajuta în viitor.

Adrienne Farricelli on June 21, 2018:

Cu astfel de caracteristici interesante, nu este de mirare de ce planarii sunt folosiți în cercetare. Să sperăm că ne pot oferi multe răspunsuri.

Linda Crampton (autor) din British Columbia, Canada la 20 iunie 2018:

Mulțumesc foarte mult pentru comentariu, Liz.

Liz Westwood din Marea Britanie la 20 iunie 2018:

Este un articol foarte informativ și bine documentat. Întotdeauna simt că învăț multe prin citirea articolelor tale.

Linda Crampton (autor) din British Columbia, Canada la 19 iunie 2018:

Îmi plac atât etimologia, cât și entomologia, Bede! Vă mulțumesc foarte mult pentru comentariu. Planarii sunt cu siguranță creaturi uimitoare.

Bede din Minnesota la 19 iunie 2018:

Întotdeauna învăț lucruri noi din articolele tale, Linda. Planarii sunt creaturi pur și simplu uimitoare și să ne gândim că biologia umană ar putea beneficia de pe urma studierii abilităților lor regenerative este un motiv de mirare. Vă mulțumim, de asemenea, pentru explicarea semnificației cuvintelor grecești. Etimologie sau entomologie – îmi plac amândouă.

Linda Crampton (autor) din British Columbia, Canada la 19 iunie 2018:

Bună, Dora. Îți apreciez comentariul. Planarii sunt creaturi neobișnuite. Este interesant să le explorăm abilitățile.

Linda Crampton (autor) din British Columbia, Canada la 19 iunie 2018:

Mulțumesc mult, Manatita. Sper ca cercetarea planarilor să se dovedească utilă pentru oameni. S-ar putea să descoperim unele fapte importante despre biologia noastră prin studierea animalelor.

Dora Weithers din Caraibe la 19 iunie 2018:

Faceți o mare treabă în a ne menține interesul pentru aceste creaturi misterioase. Sigur, planarii contează. Procesul de regenerare este foarte interesant, iar caracteristicile externe sunt atât de diferite de ceea ce bănuim că ar fi. Ca întotdeauna, mulțumesc pentru lecție.

manatita44 din londra pe 19 iunie 2018:

Fascinant material!

În special videoclipurile. Mă gândeam că cercetarea planariană poate ajuta eventual oamenii, dar ați atins acest aspect spre final, mai ales celulele stem.

Suntem atât de avansați acum din punct de vedere intelectual, științific și electronic. Așa că unele răspunsuri sunt pur și simplu o chestiune de timp.

Un alt articol briĺiant, Alicia.

Linda Crampton (autor) din British Columbia, Canada la 18 iunie 2018:

Este un punct de vedere foarte interesant, Heidi. Apreciez comentariul tău și sper să ai și tu o săptămână minunată.

Heidi Thorne din Chicago Area on June 18, 2018:

Întotdeauna educativ! Cred că valoarea studierii acestor mini creaturi va fi super valoroasă atunci când vom descoperi în sfârșit viața pe alte lumi. Ceea ce se preconizează este că probabil vor fi descoperite organisme simple. Deci, comparându-le cu ceea ce este pe planeta noastră, cu siguranță va crește înțelegerea noastră despre ce este „viața”. Mulțumesc pentru împărtășire și vă doresc o săptămână minunată!

Linda Crampton (autor) din British Columbia, Canada la 18 iunie 2018:

Este atât de adevărat, Bill. Sper ca noi descoperiri să apară în curând.

Bill Holland din Olympia, WA la 18 iunie 2018:

Există atât de multe lucruri pe care încă nu le știm și, într-un fel, acest lucru este foarte interesant. Înseamnă doar că noi descoperiri vor veni în curând, să sperăm că vor fi descoperiri care vor aduce mari beneficii omenirii.

Linda Crampton (autor) din British Columbia, Canada la 18 iunie 2018:

Mulțumesc, Mary. Sper ca cercetarea să fie utilă pentru oameni. Cred că acțiunea celulelor stem este un subiect fascinant.

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

Este interesant și sper ca această cercetare să continue, deoarece pare foarte promițătoare pentru oameni, în special în ceea ce privește regenerarea celulară. Există atât de multe lucruri în celule, atât la animale cât și la oameni, pe care încă nu le cunoaștem. Vă mulțumim pentru că ați scris despre acest lucru.

Linda Crampton (autor) din British Columbia, Canada la 18 iunie 2018:

Hi, Ann. Vă mulțumim pentru vizită. Planarii chiar arată destul de drăguț, mai ales când sunt măriți. Sunt animale interesante și potențial foarte utile.

Ann Carr din SW England on June 18, 2018:

Titlul tău m-a atras. „Ce naiba este un planarian?” M-am gândit.

Ce creaturi fascinante sunt acestea! Par destul de drăguțe. Articolul tău a fost și el fascinant.

Întotdeauna sunt uimit de ceea ce poate face natura; complicațiile sunt vaste. Credem că suntem rasa superioară, dar acest lucru mă face să mă întreb.

Ar fi grozav dacă cercetările asupra planarilor s-ar dovedi a fi de ajutor pentru oameni cu tratamente cu celule stem și altele asemenea.

Mulțumesc pentru educație, Linda.

Ann

Linda Crampton (autor) din British Columbia, Canada, 17 iunie 2018:

Mulțumesc foarte mult, Flourish. Posibilitățile sunt interesante. Sper ca cercetarea să ducă în cele din urmă la rezultate minunate pentru oameni. Să aveți o săptămână minunată!

FlourishAnyway din Statele Unite ale Americii la 17 iunie 2018:

Acesta a fost complet fascinant și dă într-adevăr credibilitate noțiunii că celulele stem au o importanță enormă pentru noi și pentru alte ființe vii. Imaginați-vă posibilitățile! Un articol grozav!

Linda Crampton (autor) din British Columbia, Canada la 17 iunie 2018:

Hi, Jackie. Întotdeauna apreciez vizitele tale, mai ales atât de curând după ce public un articol. Regenerarea viermilor de pământ este adesea impresionantă, deși capacitatea depinde de specie și de locul în care este tăiat viermele. Să sperăm că studiile atât ale planarilor, cât și ale viermilor de pământ ne vor ajuta într-o zi.

Sper că ai o săptămână minunată, Jackie. Cu siguranță nu ești o prostuță!

Jackie Lynnley din frumosul sud pe 17 iunie 2018:

Nici un sistem respirator nu este uimitor. Cu siguranță că studiul și faptele aduse de acesta vor avea o mare valoare pentru noi într-o zi, sau așa cred cu siguranță.

Reproducerea seamănă mult și cu viermele de pământ, nu-i așa? Adică, fiind fată de la țară este singurul mod în care aș avea cunoștințe despre asta și nu de natură sexuală, ci pur și simplu pentru că am fost învățată să iau toate ciupiturile cu care vrei să pescuiești și vor deveni doar un alt vierme!

Greu de uitat această lecție.

Un articol foarte amuzant ca de obicei, pentru a ne ajuta să ne educăm pe noi, proștii, Linda!

.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.