Planarier och regenerering: Fakta och möjliga tillämpningar

Linda Crampton är författare och lärare med en examen i biologi. Hon älskar att studera naturen och skriva om levande organismer.

Dugesia subtentaculata

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

Vad är en planarian?

För många biologistudenter framkallar ordet ”planarian” en bild av en märklig plattmask med korslagda ögon och en fantastisk förmåga att regenerera. Till och med små bitar av en planarian kan regenerera saknade kroppsdelar och bilda en komplett individ. Djuret är populärt i skollaboratorier och inom vetenskaplig forskning. Nya upptäckter om dess biologi kan hjälpa oss i vår strävan att utlösa regenerering av mänskliga vävnader, organ och kroppsdelar.

Många arter kallas planarier, även om många av dem inte tillhör släktet Planaria. Dugesia används till exempel ofta som planaria i skollaborationer. Planarier är sötvattensvarelser som har många egenskaper gemensamt, bland annat de flesta av deras anatomiska kännetecken och deras förmåga att regenerera. De är små varelser som kan ses med blotta ögat men som bäst betraktas i ett mikroskop. Forskare gör intressanta upptäckter om deras celler och beteende.

Storlek på typiska labbplanarier

Rev314159, va flickr, CC BY-ND 2.0 License

Planarier tillhör plattmaskar, eller fylum Platyhelminthes. Namnet på fylummet kommer från de grekiska orden platy, som betyder platt, och helminth, som betyder mask. Bandmaskar och fläckar är också plattmaskar.

Uttre egenskaper

Som namnet på deras fylum antyder har planarier en tillplattad kropp. Deras färg varierar. De rör sig genom en glidande och böljande rörelse. Deras ”ögon” är i själva verket ögonprickar (eller ocelli) som kan registrera ljusets intensitet men som inte kan bilda en bild.

Planarier har ofta en öronliknande utskjutning på varje sida av kroppen vid sidan av ögonen. Dessa utsprång kallas auriklar. De spelar inte en roll för hörseln som namnet kanske antyder utan innehåller istället kemoreceptorer för att upptäcka kemikalier. De är också känsliga för beröring. Auriklarna hjälper en planarian att hitta mat.

En planarias mun ligger ungefär halvvägs ner på undersidan av kroppen. Hos många individer kan man se en stavliknande struktur bredvid munnen och under djurets yta. Detta är svalget, en rörformig struktur som leder till resten av matsmältningskanalen. En planarian sträcker ut sitt svalg genom munnen för att suga upp mat. Alla planarier har ett svalget och livnär sig på detta sätt, även om strukturen inte syns utvändigt.

Förtärings- och utsöndringssystem

En planarie har ett matsmältnings-, utsöndrings- och nervsystem, men inget andnings- eller cirkulationssystem. Syre kommer in i kroppen och färdas till djurets celler genom diffusion. Koldioxid lämnar cellerna och färdas till kroppens yta via samma process. Djurets tunna kropp gör att gasutbyte utan särskilda strukturer är praktiskt genomförbart.

Förtäring

Planarier är köttätare och får sin föda genom rovdrift eller asätande. Det muskulösa svalget sträcker sig genom munnen för att plocka upp maten och dras sedan tillbaka in i kroppen. Svalget leder till en förgrenad matsmältningskanal. Näringsämnen från maten diffunderar genom väggen i denna kanal och in i djurets celler. Osmältbar föda släpps ut genom munnen. Planarier har ingen anus.

Exkretion

Kroppen hos en planarian innehåller tubulära strukturer som kallas protonephridier, vilka innehåller flamceller. Flamcellerna innehåller trådliknande strukturer som kallas flageller. Flagellerna slår, vilket påminner observatörer om en flimrande låga och ger cellerna deras namn. De slagande flagellerna förflyttar vätska som innehåller avfallssubstanser ut ur kroppen genom porer på djurets yta.

Structure of a human neuron, eller en nervcell

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

Strukturen ovan är en neuron från ett däggdjur, inte från en planarian, men den visar förhållandet mellan cellkroppen och axonet hos planarianer. Axonet är förlängningen från cellkroppen.

Nervsystemet

Huvudet på en planarian innehåller två sammanhängande ganglier, som kallas hjärnganglier. Ett ganglion är en massa nervvävnad som består av cellkroppar från neuroner. Cellkroppen innehåller kärnan och organellerna i en neuron. En förlängning från cellkroppen som kallas axon överför nervimpulsen till nästa neuron. Nerverna hos en planarian innehåller ett knippe axoner.

Nerverna sträcker sig från hjärnganglierna genom planarianens kropp, som innehåller andra ganglier. Ganglier och nerver bildar ett steglöst nervsystem, som visas i illustrationen nedan.

De sammankopplade ganglierna i en planarias huvud kallas ibland för en hjärna, även om de bildar en mycket enklare struktur än vår hjärna. Trots detta är aktiviteten i djurets ”hjärna” intressant. Denna aktivitet undersöks i inlärnings- och farmakologiska experiment med djuret.

Nervsystemet hos en planarian

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

Kroppen hos en planarian innehåller muskler som sträcker sig i flera riktningar. Dess undersida producerar slem och har många hårliknande strukturer som kallas cilier. Dessa egenskaper gör att djuret kan förflytta sig över ytor med hjälp av en glidande rörelse när cilierna slår. Planarier simmar också genom vatten.

Förökningssystem

Vissa arter av planarier förökar sig både sexuellt och asexuellt. Andra förökar sig endast asexuellt. De arter som kan föröka sig sexuellt innehåller både äggstockar och testiklar och är därför hermafroditer. Sperma utbyts mellan två djur under parningen. Äggen befruktas internt och läggs i kapslar.

Vid asexuell fortplantning separeras svansänden på en planarian från resten av kroppen. Svansen utvecklar ett nytt huvud och djurets huvudända utvecklar en ny svans. Som ett resultat produceras två individer.

Stamceller

Planarier kan regenerera saknade delar tack vare den utbredda förekomsten av stamceller. En stamcell är ospecialiserad men kan producera specialiserade celler när den stimuleras på rätt sätt. Planariers stamceller är kända som neoblaster. Neoblasternas karaktär och de processer som sker när regenereringen aktiveras och genomförs undersöks fortfarande.

Människor har också stamceller, men i mer begränsad omfattning än planarer. Cellerna har en egenskap som kallas potens och klassificeras enligt följande.

  • Totipotenta stamceller kan producera alla typer av celler i kroppen plus cellerna i moderkakan.
  • Pluripotenta celler kan producera alla typer av celler i kroppen men inte cellerna i moderkakan.
  • Multipotenta celler kan producera flera typer av specialiserade celler.
  • Unipotenta celler kan producera endast en typ av specialiserad cell.

Stamcellerna i planarier är pluripotenta (eller åtminstone de som har studerats är det). Det finns så många av dem i hela kroppen att även en liten bit av en planarian innehåller cellerna.

Videon nedan visar hur en planarian skärs på mitten och sedan växer till två organismer. Biologer antar att eftersom en planarias nervsystem är så mycket enklare än vårt, känner den inte smärta på samma sätt som vi gör. Detta är dock bara ett antagande.

Förmåga att regenerera

Nya individer som produceras genom att en viss planarian skärs i bitar är genetiskt identiska med sin ”förälder”. Även när kroppen skärs i mer än hundra bitar kommer varje bit att växa till ett komplett djur. På 1800-talet hävdade en vetenskapsman vid namn Thomas Hunt Morgan att 279 bitar av en planarian kommer att regenerera nya individer.

Det är inte nödvändigt att helt dela upp en planarian i bitar för att utlösa regeneration. Om huvudet skärs av på mitten medan resten av kroppen lämnas intakt, regenererar varje halva av huvudet den saknade delen. Som ett resultat av detta får djuret två huvuden. Regenereringen hos en planarian tar ungefär sju dagar eller ibland lite längre.

Fakta om planarianers regenerering

  • Om dess neoblaster förstörs av strålning kan en planarian som skurits upp inte regenerera saknade delar och dör inom några veckor.
  • Om nya neoblaster transplanteras till ett bestrålat djur återfår det sin förmåga att regenerera sig.
  • När en del av en planarian amputeras reser neoblasterna till såret och bildar en struktur som kallas blastema. Produktionen och differentieringen av nya celler sker i denna struktur.
  • Stycken som erhålls från två områden av en planarias kropp kan inte regenerera ett helt djur. Dessa områden är svalget och huvudet framför ögonplättarna.

Forskare undersöker de signalprocesser som talar om för neoblasterna att vandra till det skadade området och sedan producera en rad specialiserade celler. Forskningen är viktig för att förstå stamcellernas beteende hos planarier och kanske hos människor.

Nya trender inom forskningen: Gener och RNA

Celler släpper ut signalmolekyler för att påverka andra celler. Molekylerna är ofta proteiner. De gör sitt jobb genom att ansluta sig till receptorer på andra cellers yta, som också är proteiner. Föreningen av en signalmolekyl och dess receptor utlöser en viss reaktion i den mottagande cellen.

DNA:t i en cellkärna innehåller kodade instruktioner för att tillverka de proteiner som en organism behöver, inklusive de som fungerar som signalmolekyler. Koden för att tillverka ett specifikt protein transkriberas till en molekyl av budbärar-RNA, som färdas till ribosomerna utanför kärnan. Här tillverkas det aktuella proteinet.

Varje gen i en DNA-molekyl kodar för ett specifikt protein. Vissa planariaföretag fokuserar sina studier på gener och RNA-transkript (budbärar-RNA som transkriberats från en specifik gen i en DNA-molekyl). Dessa studier kan ge nya insikter om regenerationsprocessen hos djuren.

En planariat stamcellsgen som tros vara involverad i regenerationen kallas piwi (uttalas pee-wee) genen. Vi har en närbesläktad gen i vår sperma och våra ägg. Den spelar också en roll för aktiviteten hos våra stamceller. Några av de andra generna som är involverade i planariers regeneration liknar de gener som finns hos människor. Kanske kommer vi en dag att lära oss att använda dessa gener för att regenerera mänskliga kroppsdelar.

Schmidtea mediterranea

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

Schmidtea mediterranea är en populär planarian inom vetenskaplig forskning. Den är infödd i Europa och har en utmärkt förmåga att regenerera sig.

Nb2 Cells

Ett forskarlag från USA har gjort några intressanta upptäckter om planariers stamceller. Forskarna har utvecklat en ny metod för att identifiera och klassificera planarias neoblasts. Som ett resultat har de upptäckt tolv typer av neoblaster, inklusive en typ som de kallar subtyp 2 eller Nb2.

Nb2 är pluripotent och har ett protein på sin yta som kallas tetraspanin. Proteinet kodas i en gen som kallas tetraspanin-1. Tetraspanin är egentligen namnet på en familj av proteiner. Våra kroppar innehåller några medlemmar av familjen. Hos människor är proteinerna involverade i cellutveckling och tillväxt.

Forskarna har upptäckt följande fakta om Nb2-cellernas beteende.

  • När forskarna skar upp planarier fann de att populationen av Nb2-celler i varje halva ökade snabbt.
  • Celler som isolerades i laboratorieutrustning överlevde en subletalisk strålbehandling.
  • När planarier utsattes för en stråldos som normalt skulle ha varit dödlig, förökade sig en enda injicerad Nb2-cell och spred sig sedan genom djuren och räddade dem.
  • Transkriptomet i en cell är summan av alla dess RNA-transkriptioner. Nb2-cellernas transkriptom skiljer sig åt under normalt liv, efter exponering för subletalisk strålning och under regenerering. Detta tyder på att en annan uppsättning proteiner tillverkas i varje situation.

Planaria torva

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

Möjlig relevans för människans biologi

Det kan tyckas märkligt att en varelse som verkar vara så olik människan kan innehålla information som är relevant för vår biologi. På cellnivå har planarier dock mycket gemensamt med människor. Till och med deras organ och system har vissa likheter med människans.

En forskare kallar planarer för en in vivo Petri-skål för pluripotenta stamceller. Ett in-vivo-experiment görs i levande varelser. Ett in vitro-experiment görs i laboratorieutrustning, t.ex. petriskålar. Experiment som görs i glasvaror kan vara användbara. De har dock ett begränsat värde eftersom interaktioner som finns i levande kroppar saknas. I den planariska kroppen finns dessa interaktioner. Att studera djuren kan leda till genombrott i vår förståelse av människans biologi.

  • Information om plattmaskar från Rice University
  • Introduktion till platyhelminter från University of California Museum of Paleontology
  • Fakta om planariers regeneration från Max Planck Institute for Molecular. Medicine
  • Information om en nyupptäckt neoblast från Science magazine
  • En sammanfattning av ny Nb2-forskning från tidskriften Cell

© 2018 Linda Crampton

Linda Crampton (författare) från British Columbia, Kanada den 29 juni 2018:

Tack så mycket, Devika.

DDE den 29 juni 2018:

Du har underhållit mig med många fakta och fascinerande titlar. Detta är inget undantag!

Linda Crampton (författare) från British Columbia, Kanada den 21 juni 2018:

Tack för besöket och den vänliga kommentaren, RTalloni. Jag hatar också att se daggmaskar i problem!

RTalloni den 21 juni 2018:

Så intressant och rysligt! 🙂 Ditt skrivande är alltid insiktsfullt och underhållande, vilket gör de ämnen du tar upp ännu mer fängslande.

Att tänka på hur planarier tjänar forskningsinsatser för att förstå hur fantastiska celler är är fascinerande. Detta kommer att tjäna studenterna väl och det ger oss andra mycket att fundera över.

Så när jag arbetar i trädgården verkar det oundvikligt att en daggmask råkar illa ut med ett verktyg. Jag hoppas alltid att det jag har hört är sant eftersom jag hatar att se dem i trubbel!

Linda Crampton (författare) från British Columbia, Canada den 21 juni 2018:

Hej, Adrienne. Tack för besöket. Planarier har verkligen intressanta egenskaper. Det ska bli intressant att se om de hjälper oss i framtiden.

Adrienne Farricelli den 21 juni 2018:

Med sådana intressanta egenskaper är det inte konstigt att planarier används inom forskningen. Förhoppningsvis kan de ge oss många svar.

Linda Crampton (författare) från British Columbia, Kanada den 20 juni 2018:

Tack så mycket för kommentaren, Liz.

Liz Westwood från Storbritannien den 20 juni 2018:

Detta är en mycket informativ och välforskad artikel. Jag känner alltid att jag lär mig mycket genom att läsa dina artiklar.

Linda Crampton (författare) från British Columbia, Kanada den 19 juni 2018:

Jag gillar både etymologi och entomologi också, Bede! Tack så mycket för kommentaren. Planarier är definitivt fantastiska varelser.

Bede från Minnesota den 19 juni 2018:

Jag lär mig alltid nya saker från dina artiklar, Linda. Planarier är helt enkelt fantastiska varelser och att tänka sig att mänsklig biologi skulle kunna dra nytta av att studera deras regenerativa förmågor är en anledning till förundran. Tack också för att du förklarar innebörden av grekiska ord. Etymologi eller entomologi – jag gillar båda.

Linda Crampton (författare) från British Columbia, Kanada den 19 juni 2018:

Hej, Dora. Jag uppskattar din kommentar. Planarier är ovanliga varelser. Det är intressant att utforska deras förmågor.

Linda Crampton (författare) från British Columbia, Kanada den 19 juni 2018:

Tack så mycket, Manatita. Jag hoppas att forskningen om planarier visar sig vara användbar för människor. Vi kanske upptäcker några viktiga fakta om vår biologi genom att studera djuren.

Dora Weithers från Karibien den 19 juni 2018:

Du gör en stor insats för att hålla kvar vårt intresse för dessa mystiska varelser. Visst är planarier viktiga. Regenerationsprocessen är mycket intressant och de yttre egenskaperna är så olikt vad vi gissar att de skulle vara. Som alltid, tack för lektionen.

manatita44 från london den 19 juni 2018:

Fascinerande saker!

Särskilt videorna. Jag tänkte att planariatforskning eventuellt kan hjälpa människor, men du berörde detta mot slutet, särskilt stamcellerna.

Vi är så avancerade nu intellektuellt, vetenskapligt och elektroniskt. Så vissa svar är bara en tidsfråga.

En annan briljant artikel, Alicia.

Linda Crampton (författare) från British Columbia, Kanada den 18 juni 2018:

Det är en mycket intressant synpunkt, Heidi. Jag uppskattar din kommentar och hoppas att du också har en underbar vecka.

Heidi Thorne från Chicago Area den 18 juni 2018:

Always educational! Jag tror att värdet i att studera dessa miniväsen kommer att vara super värdefullt när vi äntligen upptäcker liv på andra världar. Det som förutspås är att enkla organismer förmodligen kommer att upptäckas. Så att jämföra det med vad som finns på vår planet kommer definitivt att öka vår förståelse för vad ”liv” är. Tack för att du delade med dig och ha en underbar vecka!

Linda Crampton (författare) från British Columbia, Canada den 18 juni 2018:

Det är så sant, Bill. Jag hoppas att nya upptäckter dyker upp snart.

Bill Holland från Olympia, WA den 18 juni 2018:

Det finns så mycket vi fortfarande inte vet, och på ett sätt är det väldigt spännande. Det betyder bara att nya upptäckter kommer snart, förhoppningsvis upptäckter som kommer att vara till stor nytta för mänskligheten.

Linda Crampton (författare) från British Columbia, Kanada den 18 juni 2018:

Tack, Mary. Jag hoppas att forskningen är till hjälp för människor. Jag tycker att stamcellernas verkan är ett fascinerande ämne.

Mary Norton från Ontario, Kanada den 18 juni 2018:

Det här är intressant och jag hoppas att forskningen fortsätter eftersom den ser mycket lovande ut för människor, särskilt när det gäller cellförnyelse. Det finns så mycket i cellerna både hos djur och människor som vi fortfarande inte vet om. Tack för att du skriver om detta.

Linda Crampton (författare) från British Columbia, Canada den 18 juni 2018:

Hej, Ann. Tack för besöket. Planarier ser verkligen ganska söta ut, särskilt när de förstoras upp. De är intressanta och potentiellt mycket hjälpsamma djur.

Ann Carr från SW England den 18 juni 2018:

Din titel lockade mig. Vad i hela friden är en planarian? tänkte jag.

Vilka fascinerande varelser dessa är! De ser ganska söta ut. Din artikel var också fascinerande.

Jag är alltid förvånad över vad naturen kan göra; komplikationerna är omfattande. Vi tror att vi är den överlägsna rasen, men detta får mig att undra.

Det vore fantastiskt om forskningen om planarianer skulle visa sig kunna hjälpa människor med stamcellsbehandling och liknande.

Tack för utbildningen, Linda.

Ann

Linda Crampton (författare) från British Columbia, Kanada den 17 juni 2018:

Tack så mycket, Flourish. Möjligheterna är spännande. Jag hoppas att forskningen så småningom leder till några fantastiska resultat för människor. Ha en bra vecka!

FlourishAnyway från USA den 17 juni 2018:

Detta var helt igenom fascinerande och ger verkligen trovärdighet åt uppfattningen att stamceller är av enorm betydelse för oss och andra levande varelser. Föreställ dig möjligheterna! Bra artikel!

Linda Crampton (författare) från British Columbia, Canada den 17 juni 2018:

Hej, Jackie. Jag uppskattar alltid dina besök, särskilt så snart efter att jag publicerat en artikel. Regenerering av daggmaskar är ofta imponerande, även om förmågan beror på arten och var masken skärs upp. Förhoppningsvis kommer studierna av både planarier och daggmaskar att hjälpa oss en dag.

Jag hoppas att du får en bra vecka, Jackie. Du är definitivt ingen tönt!

Jackie Lynnley från den vackra södern den 17 juni 2018:

Ingen andningsvägar är fantastiska. Säkerligen kommer studien och fakta som tas fram från det att ha ett stort värde för oss en dag, eller jag skulle i alla fall tro det.

Förökningen låter mycket likt daggmasken också, eller hur? Jag menar, eftersom jag är en lantflicka är det enda sättet för mig att ha kunskap om detta och inte av sexuell natur, utan helt enkelt för att jag fick lära mig att ta alla nypor av dem för att fiska med dem du vill och de kommer bara att bli ännu en mask!

Svårt att glömma den lektionen.

Skön artikel som vanligt, för att hjälpa till med att utbilda oss dummisar, Linda!

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.