Почему одни черви регенерируют, а другие — нет
Исследователи из Института Макса Планка (MPI) и их коллеги нашли возможное объяснение, почему лишь немногие виды способны регенерировать повреждённые или утраченные части тела, несмотря на очевидное преимущество для выживания. Изучая способность к регенерации головы у большой коллекции видов планарий, они обнаружили, что эти способности сильно различаются и зависят от способа размножения разных видов.
"Регенерация кажется исключением в животном мире, хотя должна давать большое преимущество для выживания. Нас интересует, почему так много животных, включая человека, лишены этой способности", — объясняет Йохен Ринк, директор MPI.
Самая большая в мире коллекция планарий
В отделе Ринка содержится самая большая в мире коллекция планарий, включающая более 40 видов. Это позволяет систематически сравнивать регенеративные способности видов в стандартных лабораторных условиях.
В крупнейшем на сегодняшний день сравнительном исследовании планарий, в котором участвовали учёные из Германии, Австралии, Австрии, Бразилии и Испании, исследователи изучили способность 36 видов планарий регенерировать головы.
"Мы обнаружили три группы", — говорит Микель Вила-Фарре, первый автор исследования, опубликованного в журнале Nature Ecology & Evolution. "Первая группа имеет слабую или нулевую способность к регенерации, вторая — ограниченную способность заменять части тела, а третья — надёжную регенерацию головы".
Приобретение и потеря регенерации головы
С помощью филогенетического анализа на основе генетических маркеров учёные реконструировали, в какой момент эволюции разные виды развили или утратили способность регенерировать голову. Эволюция этой способности оказалась неожиданно динамичной.
"Способность отращивать органы и ткани независимо развивалась несколько раз у разных планарий, а некоторые виды со временем даже потеряли её", — говорит Вила-Фарре. Однако ограниченная или отсутствующая регенеративная способность, по-видимому, основана на одном и том же молекулярном механизме.
Команде Ринка уже было известно из предыдущих экспериментов, что молекулярные сигналы оказывают значительное влияние на способность к регенерации. В регенерации планарий определённый сигнальный путь действует как молекулярный переключатель.
Если так называемый Wnt-сигнальный путь включён, инициируется регенерация хвоста. Когда переключатель выключен, всегда формируется голова. Когда учёные ингибировали Wnt-путь у разных видов планарий, их способность к регенерации улучшалась. Даже виды с ограниченной регенерацией, такие как австралийский вид Cura pinguis, смогли формировать новые головоподобные структуры.
Регенерация для размножения
Исследователи показали, что Wnt-сигнализация также играет важную роль в формировании и поддержании репродуктивной системы. Команда изучала штаммы вида Schmidtea mediterranea, которые размножаются либо бесполым, либо половым путём.
"Планарии, размножающиеся бесполым путём, делятся на две части, которые обе регенерируют. Эти виды полагаются на регенерацию для размножения", — объясняет Вила-Фарре. Напротив, виды с ограниченной регенеративной способностью размножаются почти исключительно половым путём (откладывают яйца) и не нуждаются в регенерации частей тела для размножения. Это согласуется с выводами команды: Wnt-сигнальный путь был гораздо активнее у половой линии Schmidtea mediterranea.
Учёные предполагают, что более высокие уровни Wnt-сигнализации способствуют формированию семенников и желтка яиц, но за счёт регенеративной способности, поскольку она зависит от ингибирования Wnt-пути.
"Взаимодействия между Wnt-сигнальным путём и репродуктивной системой могут, таким образом, определять приобретение или потерю регенеративной способности у разных видов планарий", — говорит Ринк.
"Мы подозреваем, что регенеративная способность у планарий развилась не для 'ремонта' ран, а для бесполого размножения путём деления. Это даёт возможное объяснение тому, почему в природе эволюционировали планарии как с регенеративной способностью, так и без неё".