本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
為什麼有些動物的四肢或者尾巴等結構,失去後可以再生,而人類卻不可以?這個問題簡單回答起來就一句話:人體受傷時傷口處,無法生成再生的原材料——幹細胞。
人體的再生
實際上,人類身體上的一些地方也可以再生,但程度有限。例如肺,一些抽菸的人如果戒菸一年,會感覺神清氣爽,呼吸也順暢多了,這是因為肺部會重新長出許多氣囊和肺表面的一些細胞也會進行自我更新,淘汰掉原本被「燻黑」的細胞。
還有肝臟,我們都聽說過,一個腎換個手機的故事,但是如果切去一部分肝換手機相對來說會好一些,因為肝臟還會繼續「長大」,不過不可能長回原來的樣子,功能也不比從前。
我們總說30歲的人,60歲的心臟,其實這句不對,後半句「60歲的人,30歲的心臟」才是對的。雖然我們的年齡隨著歲月不斷的增長,但是我們的心臟、皮膚、腸道甚至骨骼的細胞都在不斷的翻新更替,不斷的死亡與分裂,這個過程可以幫我帶走一部分日積月累的有限損害。那麼為什麼斷臂就長不回來呢?
細胞的潛力
人體是由一個個細胞所構成的,當我們失去一部分,我們就需要大量這部分的細胞,例如四肢需要神經細胞、皮膚細胞、肌肉細胞、骨骼細胞等等,從更微觀的尺度它們都可以分成好幾個種類。這些細胞都是非常「專業」、固化的細胞,我們可以把它們比作大人,幹IT的,你讓他去打魚是不可能的,換句話說就是沒有什麼潛力了,但夠專業。
有潛力的兒童,他們猶如一張白紙,你有足夠數量的大人並不一定能組成球隊(比如13億人,找不出11個......),但是如果你有足夠數量的兒童,他們潛力無限,可以培養成你想要的各種類型的細胞。
因此,如果我們隨便從人體取一個細胞是無法培育成為一個完整的人的,但無論是七尺男兒,還是窈窕淑女都始於爸爸與媽媽結合下的一個小小的細胞。這個初始細胞就像是「一張白紙的兒童」,它會先分裂,二個變四個、四個變八個,這些細胞隨便拿出來一個都可以成長為一個完成的人,更別提你需要人體內的任何一種細胞了,這就是撲克裡的「萬能牌」。
潛能分類
全能幹細胞:如果按潛力來區分,這些可以成長成完整個體,潛力最強的細胞叫做「全能幹細胞」。
多能幹細胞:比它差一點的,比如5歲小孩,琴棋書畫各種興趣班上一輪,然後吐了,這輩子再也不想彈鋼琴,於是就失去了部分潛能,這類細胞難以長成完整的個體,但還是可以分化出多種細胞組織,叫「多能幹細胞」。比如胚胎幹細胞(ES)就屬於「多能幹」。
單能幹細胞:這個就很好理解了,只能幹一件事或幾件事,比如造血幹細胞只能分化出幾種血細胞。
理解完這些,答案就很好講了。
修復與再生
受傷後會有兩個步驟:
修復再生蠑螈等動物,斷個腳,傷口上的血會凝結,然後在血凝塊下面會出現一團細胞,這些細胞來自於附近的細胞所分化,它有點像初始階段的小型胚胎,裡面淨是幹細胞,最起碼是「多能」的,然後它們會分化成所需的骨骼、肌肉、神經、皮膚,組成一個小型的肢體,然後開始複製變大,直到長到合適的大小。
具體長多大由很多因素控制,比如細胞群與其他物質組成的結締組織限制了細胞數量的連接、營養的供應,把它們鎖定在合適的大小,再比如維生素A酸、維生素A的含量。
科學家曾經在蠑螈斷肢部位加了點維生素A酸,結果蠑螈長出了超長的肢體。
不過,雖然我們已經搞明白了再生的原因,但是我們整不明白幹細胞是怎麼冒出來的。如果成長過程中幹細胞已經分化了,那麼再生的幹細胞是如何形成的,總之我們還有很長的路要走。
人類只能修復
接下來我們說說人類,上文我們提到了人類部分器官是可以再生的,這種再生也是有限的,它並無法延伸到四肢,具體的原因目前有兩種理論:
疤痕組織阻止了再生:有了傷口之後,疤痕組織會形成迅速。這有助於傷口癒合,但疤痕的「成分」與未受損的皮膚不同,或者說它們對於修修補補的活好像在趕工,有種糊弄了事的感覺,並無法還原到最初狀態。觸發再生的細胞機制已經喪失:因為幹細胞可以無限分化、速度還快。這種生長狀態似癌細胞,又容易出現癌細胞,身體為了防止生長失控,出現不可挽回的地步,因此在個體成長成熟後就沒有機制能夠生成、喚醒幹細胞。這一切很大程度是進化上的一種選擇,因為癌細胞的風險淘汰掉了再生細胞的再生,又或者疤痕組織可以快速止血修復,使生存的機率大大增加,從而獲得進化的首肯。
這就是人類無法再生肢體的原因。
最後
人類雖然這也不行,那也不行,但我們有大腦,讓我們3秒破百比獵豹還快,在天上比雄鷹還高,或者有一天我們也可以替換身體上失去或損壞的「零件」。