- Zjawisko to po raz pierwszy zauważyła doktorantka Katarzyna Tratkiewicz, w czasie rutynowej obserwacji jednej z hodowli.
- Płazińce z rodzaju Stenostomum należą do nielicznych zwierząt, które potrafią nie tylko regenerować utracone części ciała.
- Odkrycie dwugłowego robaka ma duże znaczenie dla zrozumienia granic plastyczności organizmów i mechanizmów regeneracji.
Dalsza część artykułu znajduje się pod materiałem wideo
Niezwykłe odkrycie naukowców z Uniwersytetu Warszawskiego
Podczas hodowli mikroskopijnych płazińców z rodzaju Stenostomum naukowcy z UW zaobserwowali zjawisko dotąd nieopisane w świecie zwierząt. W miejscu, gdzie powinien powstać ogon, wytworzyła się druga, w pełni wykształcona głowa. Takie robaki potrafiły normalnie funkcjonować - poruszały się, choć niezgrabnie, i odżywiały.
- Kiedy przecięliśmy je na pół, okazało się, że mogą się zregenerować, a u części z nich doszło do odwrócenia osi ciała, czyli zamiany przodu z tyłem - powiedział PAP autor badania, dr Ludwik Gąsiorowski z Instytutu Biologii Ewolucyjnej Uniwersytetu Warszawskiego.
Zjawisko to po raz pierwszy zauważyła jego doktorantka, Katarzyna Tratkiewicz, w czasie rutynowej obserwacji jednej z hodowli Stenostomum brevipharyngium. Niektóre osobniki wyraźnie odbiegały od normy. W miejscu, gdzie powinien znajdować się ogon, u nich pojawiła się druga głowa. Ku zaskoczeniu naukowców była ona w pełni uformowana, m.in. z gardzielą i innymi prawidłowo funkcjonującymi strukturami.
Wyjątkowa populacja dwugłowych płazińców
Dalsze obserwacje wykazały, że nie było to pojedyncze zdarzenie. Przez kilka miesięcy w hodowli utrzymywała się populacja, w której obok zwykłych robaków występowały również dwugłowe. Ta powtarzalność pozwoliła badaczom przeprowadzić szczegółowe analizy morfologiczne i molekularne. Na ich podstawie powstała publikacja, która ukazała się w czasopiśmie "Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences".
Płazińce z rodzaju Stenostomum należą do nielicznych zwierząt, które potrafią nie tylko regenerować utracone części ciała, ale również rozmnażać się bezpłciowo. W naturze takie zdolności są stosunkowo rzadkie. Występują u zaledwie kilku grup organizmów, m.in. niektórych parzydełkowców, wypławków czy pierścienic.
- Stenostomum rozmnażają się w procesie zwanym paratomią. W jej trakcie struktury nowego osobnika zaczynają formować się w środkowej części ciała dorosłego robaka. W przeciwieństwie do typowego pączkowania, które kojarzy większość z nas, potomek nie wyrasta więc z boku ciała, ale wszystko odbywa się wzdłuż tej samej osi przodo-tylnej. To tak, jakby w jednym ciele powoli dojrzewało drugie - wyjaśnił dr Gąsiorowski.
Jest to niezwykle uporządkowany mechanizm, w którym wszystko zależy od precyzyjnego działania różnych sygnałów molekularnych. Rozpoczyna się aktywacją komórek macierzystych, które różnicują się zgodnie z gradientami tzw. morfogenów - cząsteczek określających, gdzie ma powstać przód, a gdzie tył organizmu. W tylnym końcu przedniego segmentu formuje się nowy ogon, a w przednim tylnego powstaje nowa głowa. Gdy rozwój dobiegnie końca, oba segmenty rozdzielają się, stając się w pełni samodzielnymi zwierzętami.
Zawodny mechanizm u robaków
W badanej przez naukowców populacji ten mechanizm jednak zawiódł. Zamiast nowego ogona w tylnej części ciała przedniego segmentu komórki zaczęły formować kolejną głowę. Dorosły osobnik stawał się więc dwugłowy, za to pozbawiony ogona, przy czym tylny robak nadal rozwijał się prawidłowo.
W efekcie ciało robaka zaczynało przypominać łańcuch połączonych ze sobą osobników, złożony z segmentów: normalna głowa-tułów-odwrócona głowa-normalna głowa-tułów-ogon. Gdy nowy osobnik osiągał odpowiedni stopień dojrzałości, odłączał się od dorosłego i żył samodzielnie. Robak rodzicielski pozostawał dwugłowy.
Ku zaskoczeniu naukowców osobniki takie były w stanie funkcjonować. Rosły, pobierały pokarm i trawiły go. Jedynie poruszanie się sprawiało im trudności, ponieważ każda głowa reagowała na bodźce niezależnie. Szczegółowe analizy morfologiczne i molekularne wykazały dodatkowo, że dwugłowym płazińcom brakowało tylnego fragmentu jelita i ujścia układu wydalniczego oraz ekspresji niektórych markerów genetycznych charakterystycznych dla tkanek ogonowych.
W kolejnym etapie badań naukowcy pocięli nietypowe osobniki, by sprawdzić ich zdolności regeneracyjne. Okazało się, że obie głowy odtworzyły brakujące ogony. Co ciekawe, u fragmentów z odwróconą głową po regeneracji ustalała się odwrócona oś ciała, co oznacza, że nowy ogon wyrastał po przedniej stronie.
- Czyli to, co wcześniej było przodem robaka, stawało się jego tyłem. Takie zjawisko nie ma precedensu wśród zwierząt, bo zazwyczaj orientacja ciała jest ustalana raz, na etapie rozwoju zarodkowego i pozostaje niezmienna przez całe życie - podkreślił autor badania.
Przyczyny anomalii i zmian u robaków
Anomalie pojawiały się w hodowli przez kolejne dwa miesiące, po czym samoistnie ustąpiły. Badacze rozważali różne hipotezy dotyczące ich przyczyny: od mutacji genetycznych na poziomie całego organizmu po wpływ czynników środowiskowych. Tę pierwszą hipotezę szybko wykluczyli, ponieważ klonalne potomstwo dwugłowych osobników było całkowicie normalne. Druga natomiast powinna skutkować pojawieniem się objawów u większości osobników w hodowli, a nie tylko u niektórych zwierząt.
- Najbardziej prawdopodobny wydaje się więc błąd rozwojowy. W niektórych komórkach macierzystych mogło dojść do błędnej reakcji na gradient morfogenów, wynikającej na przykład z mutacji na poziomie pojedynczych komórek - tłumaczył naukowiec.
Jak dodał, w literaturze opisano jeden podobny przypadek sprzed 90 lat, kiedy inny gatunek Stenostomum wykazywał pewne deformacje wiązane ze starzeniem się osobników, robaki te jednak zamierały po pojawieniu się nieprawidłowości. Również u wypławków można uzyskać dwugłowe okazy, w wyniku manipulacji ekspresji genów. Jednak spontaniczne powstanie i stabilne odwrócenie osi ciała, jak u Stenostomum brevipharyngium z Uniwersytetu Warszawskiego, to zjawisko dotąd nieznane.
Czy tego typu anomalie mogą zdarzać się u płazińców żyjących w warunkach naturalnych? Nie wiadomo. Dr Ludwik Gąsiorowski przypomniał, że są to zwierzęta bardzo małe, trudne do obserwacji i często pomijane w badaniach. Do tego w środowisku naturalnym osobniki z taką deformacją byłyby prawdopodobnie szybko eliminowane, ze względu na trudności z poruszaniem się, zdobywaniem pokarmu i unikaniem drapieżników.
Naukowiec podkreślił, że odkrycie jego zespołu ma duże znaczenie dla zrozumienia granic plastyczności organizmów i mechanizmów regeneracji. Tak głęboka przebudowa planu ciała, bez utraty funkcji życiowych, pokazuje, jak elastyczne potrafią być nawet (a może szczególnie) najprostsze formy życia.
Badacz przypuszcza, że w przypadku Stenostomum za tę wyjątkową właściwość odpowiadają dwa czynniki: nieskomplikowana budowa ciała oraz zdolność do regeneracji, możliwa dzięki obecności w dorosłym organizmie pluripotencjalnych komórek macierzystych.
Dalsze badania nad plazińcami
Obecnie zoolodzy kontynuują swoje badania, aby określić, jakie geny aktywują się w kolejnych etapach paratomii. W przyszłości chcą również sprawdzić, czy manipulując ekspresją wybranych genów, można kontrolować powstawanie głowy lub ogona. Ich zdaniem zrozumienie, w jaki sposób komórki rozpoznają kierunek przód–tył w tak prostych organizmach jak małe płazińce, może przyczynić się do lepszego poznania podstaw procesów regeneracyjnych u bardziej złożonych zwierząt.
Zobacz także:
- Dziwne zwierzęta, o których na pewno nie miałeś pojęcia. Jedno z nich wygląda jak pokemon
- Lew i tygrys w przydomowym ogródku. Dlaczego trzymanie dzikich zwierząt w domu to zły pomysł?
- Te małpy to istne królowe życia. Poznajcie bonobo - naczelne, które żyją w matriarchacie
Autor: Katarzyna Czechowicz
Źródło: PAP
Źródło zdjęcia głównego: StockSeller_ukr/Getty Images