Тайны регенерации: почему человек не может отрастить руку, а аксолотль – может?

Представьте: вы теряете палец… а через пару недель он отрастает заново. Без шрамов, без операций, как будто ничего и не было.

Звучит как фантастический день в далеком будущем! Для человека – да. А для аксолотля – это обычный вторник. Он может не только отращивать конечности, но и восстанавливать сердце, позвоночник и даже мозг!

И таких животных немало. Почему природа сделала их настоящими машинами для регенерации, а нас – нет? Что если мы просто не научились включать эту способность?

Если бы люди умели регенерировать, хирурги остались бы без работы, а бойцы ММА не боялись бы потерять пару-тройку зубов. Но, увы, максимум, что мы можем – залечить порез. Почему так?

Возможно, будущее, где человек сможет восстанавливать утраченные органы и ткани, ближе, чем кажется. Давайте разбираться!

Кто и как умеет регенерировать

Регенеративные способности в мире животных сильно различаются. Одни могут восстановить лишь небольшие участки тканей, а другие – целые органы и даже голову.

Ящерицы – мастера «аварийного сброса»

Ящерицы — самый известный пример регенерации в природе. И самый простой. Поэтому с него и начнем.

Многие виды ящериц используют способность к автотомии – они отбрасывают хвост при опасности и затем отращивают его заново.

Представьте, что вас в подворотне хватает за руку хулиган, а вы просто…сбрасываете руку, как ящерица хвост. А потом вырастите новую. Звучит как суперсила, но у ящериц всё не так гладко – новый хвост не такой крутой, как старый. Представьте, что вместо руки у вас вырос бы…протез, как у манекена.

В природе имеет свои побочные эффекты. Есть они и тут:

• Новый хвост анатомически отличается от оригинала: вместо позвонков внутри него находится хрящевая трубка.
• Нервные клетки в хвосте не восстанавливаются, а лишь разрастаются из уцелевших нервов.
• Мышцы формируются иначе – они окружают хрящевую основу, а не крепятся к позвонкам, как раньше.

Другими словами, регенерированный хвост – это скорее заменитель, чем точная копия утраченного.

Аксолотль – звезда регенерации

Эта амфибия способна отращивать не только конечности и хвост, но даже глаза, сердце и части мозга! Более того, делает это без рубцов и с восстановлением всех функций. Как?

Уникальные белки: У аксолотлей есть особая форма белка mTOR, который активируется после травмы и ускоряет процесс регенерации.

Белок mTOR играет важное значение у животных. Он регулирует рост и деление клеток, контролирует синтез белков, участвует в метаболизме глюкозы и жиров. У человека он, в частности, влияет на мышечную массу и функционирование мозга.

Клеточная пластичность: Клетки в месте раны «отматывают» развитие назад, превращаясь в подобие стволовых клеток. Затем они вновь дифференцируются, создавая утраченные структуры.

Работа иммунной системы: У аксолотля макрофаги не вызывают рубцевания, а наоборот – способствуют росту тканей. У людей этот процесс идет по другому сценарию, превращая поврежденные ткани в жесткий рубец.

Аксолотли будто остановились в развитии где-то на границе между взрослыми и эмбрионами – их клетки сохраняют способность к регенерации, которой лишены взрослые животные.

Другие мастера регенерации

Помимо аксолотлей, в мире животных есть и другие удивительные существа:

Саламандры могут восстанавливать даже части центральной нервной системы, включая спинной мозг и мозг.

Плоские черви способны регенерировать всю особь даже из крошечного фрагмента тела.

Морские звезды могут вырастить целое тело из одного луча.

Гидры обладают почти вечной регенерацией – они могут бесконечно обновлять клетки, поддерживая молодость.

Как видно, многие животные сумели сохранить способность к полной регенерации. Но почему же человек ее утратил?

Почему люди не могут отращивать конечности

Люди и другие млекопитающие эту способность утратили, даже если она и была у наших далеких предков.

Мы развили мозг, научились создавать крутые мобильники и запускать ракеты, но при этом теряем палец – и всё, с концами. Спасибо, эволюция, очень удобно.

Эволюция дала человеку огромный мозг, сложную иммунную систему и теплокровность, но при этом отключила способность к регенерации конечностей. Не говоря уже о внутренних органах. В чем же причина?

Удобная сильная рука была у Шварца в Терминаторе 2

Сложная иммунная система

Чем сложнее организм, тем сильнее его защита от инфекций. У человека иммунная система реагирует на травмы агрессивно:

• Макрофаги запускают образование рубцовой ткани, чтобы как можно быстрее закрыть рану и предотвратить инфекцию.
• Воспалительные реакции подавляют процессы дедифференцировки клеток – тех самых, которые у аксолотля помогают формировать новую конечность.

Ирония в том, что наш иммунитет, защищая нас от бактерий и вирусов, мешает полноценной регенерации.

Эволюционные приоритеты

Млекопитающие эволюционировали в сторону более сложных механизмов. Например:

Теплокровность. Высокий уровень метаболизма и поддержание постоянной температуры требуют больших затрат энергии, из-за чего организм выбирает быстрый метод заживления – рубцевание, а не регенерацию.

Развитие костей. У рептилий и амфибий кости растут и обновляются иначе, чем у млекопитающих, что дает им больше возможностей для регенерации.

У млекопитающих ткань регулярно обновляется — старая разрушается, новая образуется. Это дает нам адаптацию костей к изменению нагрузки. Но, фактически, ставит крест на регенерации крупных фрагментов тканей. Поэтому часть кожи на пальце регенерировать может, а вот целый палец — уже нет.

Клетки не пластичны. В ходе эволюции клетки млекопитающих утратили способность легко превращаться в другие типы клеток, что сильно ограничивает восстановление сложных структур.

Генетические ограничения

Интересно, что у людей по-прежнему есть гены, отвечающие за регенерацию, но они активны только пока мы находимся в стадии эмбриона.

Но с возрастом эти механизмы выключаются, и взрослый человек теряет способность к регенерации. Механизм в нашем случае вполне логичный. Если этого вдруг не произойдет, то резко повышаются риски онкологии. Метаболизм то у нас совсем другой нежели у ящериц.

Как наука поможет преодолеть ограничения природы

Ученые активно изучают механизмы регенерации у животных, чтобы применить их в медицине. И быстро развивается направление регенеративной медицины. Какие перспективы нас ждут?

Генная терапия

Если гены регенерации есть, но «спят», возможно, их можно активировать. Ученые уже экспериментируют с методами включения нужных генов у млекопитающих. Только на тот момент, когда это действительно нужно. Иметь такие гены во включенном состоянии всегда — довольно накладно для организма.

Стволовые клетки

Японский ученый Синъя Яманака открыл способ превращения обычных клеток в плюрипотентные стволовые. Эти клетки обладают способностью превращаться в любой тип клеток организма.

Это открытие может стать ключом к восстановлению тканей и органов.

Биотехнологии

3D-биопечать уже сейчас может создавать ткани для трансплантации. В перспективе научится печатать целые органы.

И уже сейчас с помощью нанотехнологий можно в разы ускорить заживление и восстановить поврежденные ткани.

Эти технологии уже используются в медицине, а в будущем они могут привести к настоящему прорыву – восстановлению конечностей и даже внутренних органов.

Человек не умеет отращивать руки и ноги, потому что эволюция сделала другой выбор.

Вместо регенерации мы получили куда более весомые плюсы – более мощный иммунитет, теплокровность и сложную биологию.

Однако потенциал к регенерации у нас все же есть. Ученые изучают аксолотлей, гидр и плоских червей, чтобы понять, как разбудить спящие способности нашего организма.

Уверен, что в будущем медицина научится включать процессы регенерации и мы станем свидетелями настоящей биологической революции. И отрастить новое сердце или печень уже не будет фантастикой.

Мы не можем отращивать руки, печень и даже куски мозга – ну и черт с ним. У нас есть кое-что получше.

Возможно, аксолотль – чемпион по регенерации, но человек – чемпион по взлому законов природы.

Мы уже выращиваем органы в лабораториях, редактируем гены и взламываем коды природы. Так что кто знает? Может, через пару десятков лет человек не просто залечит раны, а напишет собственный сценарий эволюции.

Менять тела это хорошо. Главное, при этом, чтобы наши духовные и интеллектуальные ценности остались вечными и неизменными. Ведь именно это делает нас людьми.