這是 「師生活」的第335篇原創文章，歡迎轉發分享。這裡有一群正在做教育和準備做教育的人，分享對職業和生活的點滴靈光。
小時候讀的故事書裡，小壁虎在危急時刻可以通過捨棄尾巴逃生，那時就會迫切的想知道小壁虎斷了尾巴之後還能長出來嗎？看到故事的最後小壁虎長出了一條一模一樣的尾巴時，才覺得故事圓滿。後來長大才知道，壁虎有再生的能力，而且不止壁虎有，在自然界中蚯蚓、渦蟲、蠑螈等等動物都擁有這種神奇的能力。然而現實生活中，一個人身體某部位因意外致殘，如失去一條胳膊，是不敢奢望會再長出一條同樣的胳膊，這說明我們人類是沒有這種功能的。事實上，進化層級越高，這種神奇的能力就喪失得越多，對於人類的大部分組織和器官而言，損傷或切除意味著永久失去。不過人們一直渴望得到這種再生絕技，2005年Science慶祝創刊125周年提出了125個科學問題，其中再生問題就是關鍵問題之一，可以說實現人類的器官再生是所有發育生物學家和再生醫學研究者共同的夢想。今天，我們就來盤點一下那些典型的擁有神秘再生能力的動物。[1]
根據發育生物學的概念界定：再生是指生物體的器官因創傷而發生部分丟失，在剩餘部分的基礎上進行修復，又生長出與丟失部分在形態和功能上相同結構的過程，被認為是生物適應環境最重要的機制之一[2]。不同的物種，其再生能力也不同且差異很大。
在無脊椎動物中再生能力比較強大的動物主要是水螅和渦蟲，它們幾乎全身可再生，其中水螅的再生實際上是出芽生殖方式的一種[3]。此外，我們通常所見的蚯蚓、海星等也具有強大的再生能力。
扁形動物的代表非渦蟲莫屬，科學家發現渦蟲無限的再生能力異常驚人，身體被切割後，能夠在一周內，重新長出切割掉的肌肉、皮膚、腸道、生殖系統，甚至是整個大腦。如果在安全適宜且未受到傷害的環境中，它能夠「長生不老」，保持健康的身體不會死去，令無數生物羨慕不已。研究表明它擁有如此強大的再生能力，主要是因為它的身體裡豐富的幹細胞，佔渦蟲細胞總數的 25%，能夠不斷自我複製，產生與自己類似的細胞，在需要的時候能變成其他任何類型的細胞。[4]
蚯蚓是擁有再生能力的環節動物，當蚯蚓的身體被切斷後，斷面處的肌肉組織立即形成新的細胞團，同時白血球聚集在切面上形成栓塞，使傷口迅速閉合。而後體腔中原生細胞遷移到切面處與自身形成的肌肉細胞團在切面處共同形成結節狀的再生芽。與此同時，消化道、神經系統等組織的細胞，通過有絲分裂迅速地向再生芽裡生長。蚯蚓身體受到損傷的當天，部分的斷面就開始癒合，並且形成芽基。通常到6-7周後，再生的各體節生長基本完成，形成與原體節基本相同的新體節。[5]但並不是每一次的斷損都能再生成完整蚯蚓個體，有時候會不再生，甚至引起蚯蚓的死亡的情況。研究顯示，再生能力與切斷部位、切除長度等有一定關係。切除的長度越長，切除組織越多，對蚯蚓再生起始的影響越大，細胞增殖組織修復和傷口癒合所需的時間越長，一般情況下有頭無尾的體段再生能力最強，無頭無尾的體段次之，無頭有尾的體段最弱。[6]
棘皮動物的代表有兩個，他們是海星和海參兩兄弟。海盤車，別名海星，它的再生能力極強。它們通常具有長而易斷的腕，在自身誘導或外部因素，如高溫、大浪等影響下發生割裂，隨後會迅速完整再生出丟失的部分。它們沒有大腦或頭部，但是它們的整個身體都有可以從其所在位置收集信息並記住運動的細胞。這種動物不僅可以再生其被切開的部分，而且切成小塊的動物可以繁殖出新的個體。斷下來的部分在很多情況下可以長時間存活，並在某些情況下可以進行獨立於母體的部分或完全再生。
海參是棘皮動物中「吐髒求生」的代表。海參全身長滿肉刺，廣布於世界各海洋中，同人參、燕窩、魚翅齊名，是世界八大珍品之一。海參在遭遇天敵或有害刺激時， 取出組織和吐出大部分其內臟，包括消化管、血管系統和呼吸系統，即吐髒反應，仍可以再生出所有丟失的內臟器宮[7-9]。有研究表明， 吐髒反應發生後，首先再生的內臟是消化道。再生時間依物種的不同而異， 最短7天即可完成再生[10]。
通過研究人們發現，海百合即棘皮動物的再生過程主要包括三個階段：傷口癒合階段、早期再生階段和晚期再生階段[11-12]。傷口癒合出現在切割後的24小時，屬於廣泛的修復過程，涉及傷日快速的癒合，和再生斷面表皮。早期再生階段是切割後的24-72小時，此時出現原基，以生長、形態發生和早期分化為特徵。晚期再生階段的特點是組織細胞的形態發生及分化，漸進的頂端生長及再生腕的逐漸完善。
目前脊椎動物再生研究主要包括斑馬魚和兩棲動物兩類。斑馬魚的再生研究主要集中於兩個方面：魚鰭和心臟。兩棲動物中的再生現象較普遍，有尾目中的動物如蠑螈主要研究其尾巴、四肢，無尾目的青蛙、蟾蜍的再生研究集中在蝌蚪形態時的尾巴和四肢，但它們機制也不盡相同。[3]另外，爬行動物中的壁虎也是擁有「再生術」的動物。
斑馬魚作為理想的模式生物，在再生能力方面也有不俗的表現，斑馬魚的鰭、心臟、視網膜、視神經、脊髓、肝臟及感覺毛細胞等都具有很強的再生能力[13，14]。而我們對斑馬魚的再生研究主要集中在魚鰭和心臟。當斑馬魚魚鰭受損後，傷口周圍的上皮細胞能夠遷移至傷口處，形成傷口上皮，繼而未受傷組織細胞「無序化」，間充質內的細胞進行增值，經歷 12～48 小時後最終形成一個芽基，隨後芽基繼續生長並進一步分化來重建再生缺失的組織。有研究組切除成年斑馬魚心肌20%，發現切除後不久， 損傷處迅速形成血凝塊堵住傷口，三天後，傷口處的血凝塊被成熟的血纖蛋白凝塊代替。損傷七天後， 開始了DNA合成以及心肌細胞的增殖，細胞增殖在第2周達到頂峰。直到60天，受損的心臟基本修復完成[15]。目前認為已分化的心肌細胞的去分化是斑馬魚再生心肌細胞的主要來源。
爬行動物是真正的陸生脊椎動物，蜥蜴目陸地壁虎科是其分支之一。眾所周知，壁虎具有「斷尾求生」之術，當它被強敵追殺時，尾可自行截斷再生。在外力牽引或敵人迫害下，壁虎尾部肌肉會強烈收縮，使尾部斷落。這種現象在動物學上叫做「自切」。剛斷落的尾巴神經尚在，會不停地動彈，以此迷惑敵人，分散它們的注意力，然後趁機逃跑。
壁虎這種斷尾再生能力在於，其斷尾的地方發生在同一椎體中部的特殊軟骨橫隔處，而不是在兩個尾椎骨之間的關節處。這是壁虎在尾椎骨骨化過程中會形成的這種特殊的橫隔構造，會因為尾部肌肉強烈收縮而斷開。同時，軟骨橫隔的細胞能夠終身保持胚胎組織不斷分化的特性。這樣即使壁虎尾巴斷裂後不久，在斷裂處又可再生出一條與原來無異的尾巴。然而壁虎這種再生能力是有限的。生命機體存在兩種損傷再生細胞， 一種是損傷癒合細胞，它普遍存在在機體各部位組織器官，當機體受到損傷時，傷口處的癒合細胞就及時進行再生癒合修復傷口，這是所有生命機體都具有的基本再生能力。另一種是損傷再生細胞，當機體因損傷導致器官 (或部分) 丟失時， 損傷缺失截面先癒合修復傷口，然後形成再生芽基，繼而芽基生長分化出損傷失去的部分 (器官) 。損傷再生細胞在工作時需要受到機體整體嚴密的協調控制[16]。
有研究發現，斷尾再生是針對壁虎的尾部而言，因為在尾部具有再生細胞，但是如果肢體發生斷損，因肢體內缺少再生細胞，只有癒合細胞，殘肢只能癒合而不能再生。對兩棲動物蠑螈來說，它既能再生尾也能再生肢體。「斷尾再生」這一現象，主要出現在兩棲爬行有尾目類動物，如爬行動物中的壁虎、兩棲動物中的蠑螈等[17]。
生命個體因種間和器官不同， 其再生能力不同。如渦蟲可整體再生，蠑螈能再生肢體和尾， 蜥蜴只能再生尾。動物的再生機理分為表變態再生 (epimorphosis) 和變形再生 (morphallaxis) 2種[10]。在表變態再生中，未分化細胞 (幹細胞或脫分化細胞) 通過增殖形成幹細胞原基， 原基是增殖活躍的不連續中心，它作為「幹細胞庫」為再生提供幹細胞，用於形成新生組織，比如渦蟲、哺乳動物和蜥蜴的再生;變形再生則是殘存組織通過細胞的脫分化和/或遷移形成局部增殖的幹細胞，經再分化後形成特定的細胞，且常會發生組織重排[18]，如水螅和非生理狀況下海星的再生。
除上述這幾種動物，還有其他一些動物具再生能力，如章魚可再生腕足，非洲刺毛鼠可再生肌膚、耳朵，有些蝙蝠可以使翅膀再生。那人類完全沒有再生能力嗎？實際上人類的一些器官和組織也具備某種程度的再生能力，骨髓移植中的幹細胞，皮膚細胞也具有一定程度的再生能力。即使這樣，人類的再生能力也無法和壁虎、海星等動物相比，人體大多數組織或器官，幾乎沒有任何再生的能力。動物的再生實際印證了達爾文「適者生存，優勝劣汰」的自然選擇學說，再生能力是一種對環境較強的適應能力，生存能力越強，越能適應環境。
如今，科學家正努力地從蠑螈、壁虎等「大俠」的身上尋找再生的絕技，不斷地闡明再生的現象和機制，組織器官的再生現象一直以來也是生物學家們的關注的重點，希望在不久的將來，人類能夠掌握這門絕技，更換或者再生我們身體內的「壞零件」，治療疾病遠離痛苦，讓生活變得更美好、更有質量！
中學生物學相關概念連結：
初中生物課程標準:
概述生物體的各種組織是由細胞分裂、分化形成的
細胞的生存需要能量和營養物質，並通過分裂實現增殖
細胞會經歷生長、增殖、分化、衰老和死亡等生命進程
描述細胞通過不同的方式進行分裂，其中有絲分裂保證了遺傳信息在親代和子代細胞中的一致性
說明在個體發育過程中，細胞在形態、結構和功能方面發生特異性的分化，形成了複雜的多細胞生物體
[1]裴端卿.什麼控制著器官再生?[J].科學通報，2017，62(Z2):3290-3294.
[2]黃秀英等譯. 發育生物學. 北京: 高等教育出版社，1998.235 243.
[3]許琦敏. 渦蟲：具有再生能力的模式生物[N]. 文匯報，2013-08-14(008).
[4]康靜，陳廣文.渦蟲頭部再生的細胞和分子機制研究[J].河南師範大學學報(自然科學版)，2020，48(01):75-81.
[5] 陳碧遠.蚯蚓的再生實驗[J].生物學教學，1994(1):28~30.
[6] 白桂芬，李冰，劉沛.蚯蚓再生及影響因素的研究進展[J].赤峰學院學報(自然科學版)，2012，28(09):34-36.
[7]Emson R H， Wilkie I C.Fission and autotomy in echinoderms[J].Oceanogr Mar Biol Annu Rev， 1980， 18:155-250.
[8]Swan E F.Seasonal evisceration in the sea cucumberParastichopuscalifornicus[J].Science， 1961， 133:1078.
[9]García-arrarás J E， Greenberg M J.Visceral regeneration in holothurians[J].Microsc Res Tech， 2001， 55:438-451.
[10] Bai M M. Regeneration in the holothurian， Holothuria scabra Jager.Indian Journal of Experimental Biology， 1971， 9(4):467-71.
[11]孫文杰. 羅氏海盤車（Asterias rolleston）腕再生過程及其再生機理的組織學研究[D].中國海洋大學，2005.
[12]Candia Carnevali M D， Bonasoro F. Introduction to the biology of regeneration in echinoderms.Microscopy Research and Technique， 2001， 55(6):365-8.
[13]Poss KD.Advances in understanding tissue regenerativecapacity and mechanisms in animals.Nat Rev Genet， 2010， 11 (10) :710–722.
[14]Fleisch VC， Fraser B， Allison WT.Investigating regenera-tion and functional integration of CNS neurons:lessonsfrom zebrafish genetics and other fish species.BiochimBiophys Acta， 2011， 1812 (3) :364–380.
[15]Poss KD， Wilson LG， Keating MT.Heart regeneration inzebrafish.Science， 2002， 298 (5601) :2188–2190.
[16] 陳紹軍.試論再生基本規律與再生醫學研究 (J) .世界華人醫學雜誌， 1999， 1 (11) :1077-1079.
[17]陳紹軍.由蜥蜴肢體再生實驗探討其尾部再生的機制[J].醫學理論與實踐，2008，21(12):1368-1370.
[18]Candia Carnevali M D， Bonasoro F. Introduction to the biology of regeneration in echinoderms.Microscopy Research and Technique， 2001， 55(6):365-8.
互動產生火花
歡迎大家多多和我們互動
您的留言、轉發、在看
都是我們思維的碰撞
我都認真當成了喜歡