涡虫:具有再生能力的模式生物
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生物综述:不同生物的再生能力在神奇的自然界中,生物的再生能力展现出了生命的多样性和顽强性。
再生能力,简单来说,就是生物在受损或失去身体部分后重新生长和恢复的能力。
这种能力在不同的生物中有着显著的差异,从简单的单细胞生物到复杂的多细胞生物,都有着各自独特的再生方式和程度。
低等生物中的再生奇迹首先,让我们来看看一些低等生物。
水螅就是一个典型的例子。
水螅是一种简单的腔肠动物,它的身体由两层细胞组成。
即使被切成几段,每一段都能重新生长出完整的个体。
这是因为水螅的细胞具有高度的全能性,能够分化成各种类型的细胞,从而重建整个身体结构。
再来说说涡虫。
涡虫的再生能力更是令人惊叹。
哪怕将它切成许多小块,只要每一块包含了一部分的头部或神经系统,就能够再生出完整的涡虫。
涡虫的再生过程涉及到细胞的迁移、增殖和分化,并且具有精确的调控机制,以确保新生长的部分与原来的身体结构和功能相匹配。
植物界的再生高手在植物界,再生能力也十分常见。
比如,许多植物通过扦插的方式就能繁殖出新的个体。
像月季,从母株上剪下一段枝条,插入土壤中,经过一段时间的生长,就能生根发芽,长成一棵新的月季。
此外,还有一些植物具有更强的再生能力。
比如,仙人掌如果被折断,掉落的部分在适宜的环境中能够重新长出根系和新的茎体。
这是因为植物细胞具有较强的分化能力,能够根据环境的刺激和自身的基因调控,形成不同的组织和器官。
动物界的再生典范在动物界,除了前面提到的水螅和涡虫,还有许多生物具有出色的再生能力。
螃蟹和龙虾就是其中的代表。
它们在生长过程中会不断蜕壳,如果肢体受损,在下一次蜕壳时就能够重新生长出来。
这是因为它们的身体具有特殊的干细胞,能够分化为新的肢体细胞。
而壁虎则以其断尾再生的能力而闻名。
当遇到危险时,壁虎会主动断尾来吸引敌人的注意力,从而获得逃生的机会。
之后,壁虎的尾巴会逐渐重新生长。
壁虎尾巴的再生是一个复杂的过程,涉及到神经、血管和肌肉等组织的重建。
然而,并非所有动物的再生能力都如此强大。
第1篇一、实验目的1. 了解涡虫的基本形态结构和生理特征。
2. 观察涡虫的运动方式和摄食行为。
3. 掌握显微镜的使用技巧,提高实验操作能力。
二、实验原理涡虫属于扁形动物门,是研究动物形态、生理和再生等现象的模式生物。
涡虫具有独特的再生能力,能够在受伤后重新生长出缺失的部分。
本实验通过观察涡虫的形态结构、运动方式和摄食行为,了解涡虫的基本生物学特征。
三、实验材料1. 涡虫:采集于淡水湖泊或河流。
2. 显微镜:用于观察涡虫的形态结构和细胞结构。
3. 玻片:用于放置涡虫和观察。
4. 实验台:用于操作显微镜和进行实验。
5. 消毒液:用于消毒实验器材。
6. 精细剪刀:用于剪取涡虫部分组织。
四、实验步骤1. 涡虫的采集与准备- 在淡水湖泊或河流中采集涡虫。
- 将涡虫放入装有清水的容器中,使其适应实验环境。
- 用消毒液消毒实验器材,确保实验的清洁。
2. 涡虫的形态观察- 使用显微镜观察涡虫的整体形态,记录其大小、颜色、形态等特征。
- 观察涡虫的头部、身体、尾部等部位的形态结构。
3. 涡虫的运动观察- 观察涡虫在实验台上的运动方式,记录其前进、转弯、倒退等行为。
- 观察涡虫的运动速度和方向。
4. 涡虫的摄食行为观察- 在涡虫附近放置食物(如细菌、藻类等),观察其摄食行为。
- 记录涡虫的摄食方式、摄食速度等。
5. 涡虫的再生能力观察- 使用精细剪刀剪取涡虫的一部分组织,观察其再生过程。
- 观察涡虫再生组织的形态、颜色等特征。
6. 数据整理与分析- 将观察到的数据整理成表格,进行统计分析。
- 分析涡虫的形态结构、运动方式和摄食行为等特征。
五、实验结果1. 涡虫的形态结构- 涡虫呈扁平形,大小约为1-2厘米。
- 头部呈椭圆形,具有一对眼点。
- 身体细长,腹部有吸盘,用于附着在物体表面。
- 尾部尖细,无吸盘。
2. 涡虫的运动方式- 涡虫主要依靠身体肌肉的收缩和舒张进行运动。
- 涡虫可以前进、转弯、倒退等。
3. 涡虫的摄食行为- 涡虫通过口部摄食,口部周围有大量的触手,用于捕捉食物。
扁形动物的主要特征及涡虫再生机理•生科1205班•范永超袁正清钟鑫赵一鹤•扁形动物的主要特征两侧对称•两侧对称是通过动物体的中央轴只有一个对称面将动物体分成左右相等的两部分,也称左右对称,它是动物由水生发展到陆生的重要适应。
意义•两侧对称的出现,促使动物身体明显地分出前、后,左、右,背、腹。
•背面:主司保护功能(保护色、杆状体)。
•腹面:承担爬行与摄食。
•前端:出现了头部:向前的一端由于经常首先接触外界条件而使神经系•统和感官向前端集中逐步出现了头部;•使动物能作定向运动和主动摄食;•使其适应范围更加广泛,为动物由水生到陆生发展创造了条件。
(水中漂浮生活→ 水底爬行→ 陆地爬行)中胚层的形成意义•中胚层形成的肌肉减轻了内外胚层某些机能的负担,特别是运动机能的负担,并引起一系列组织器官的分化,为动物体的结构进一步复杂完备提供了条件,使扁形动物达到了器官系统水平;•中胚层的形成促进了新陈代谢的加强。
如:肌肉的复杂化增强了运动机能,取食范围更广,促使消化系统的发达和排泄系统的形成;•另外运动的加强还促进了神经系统的发展(神经系统和感官向前端集中);•取代了内外胚层的生殖机能,有了固定的生殖腺和生殖管道,同时出现交配和体内受精现象(是动物由水生到陆生的一个重要条件)•中胚层产生的实质可贮存营养(耐饥饿)和水分(抗干旱)并保护内脏。
因此,中胚层的出现对动物体结构与机能进一步发展有很大意义,是动物由水生到陆生的基本条件之一。
皮肌囊•中胚层的出现导致产生了复杂的肌肉构造—环肌、纵肌、斜肌,它与外胚层形成的表皮相互紧贴而组成的体壁称为皮肌囊,皮肌囊除有保护系统的功能外,还强化了运动机能。
•皮肌囊①表皮:1,背面——杆状体,供捕食和防御敌害;2,腹面——具腺细胞和纤毛,利于运动、爬行。
②基膜:非细胞、有弹性。
③肌肉:纵肌(内)、斜肌(中)、环肌(外)、背腹肌。
消化系统•不完全消化道:有口无肛门。
(有的有临时肛门,如单咽虫)•自由生活种类:消化系统较发达,肠管分成多支;•寄生种类:消化系统趋于退化(吸虫纲)甚至消失(绦虫纲)。
海洋中的再生能力者——涡虫
兔豆
【期刊名称】《海洋世界》
【年(卷),期】2016(0)4
【摘要】涡虫属于扁形动物门涡虫纲,在海洋中,涡虫的种类和数目最多,其中大部
分在沿海的砂砾、淤泥和藻类中过底栖生活,有的则浮游生活;有些种类分布于淡水
以及在热带及亚热带潮湿的陆地;有些种类在海洋动物体外共栖;还有的可以寄生在
其他涡虫类、软体动物、甲壳类和棘皮动物的体内。
涡虫身体扁平,是扁形动物的
典型代表,体呈灰色、褐色或黄色,腹部生有许多纤毛,当肌肉收缩、纤毛摆动时,就能在水中运动。
涡虫运动很有趣,可以使水出现涡旋状,因此人们给它起涡虫这个名字。
【总页数】2页(P10-11)
【关键词】海洋动物;涡虫纲;再生能力;扁形动物门;种类分布;软体动物;棘皮动物;肌肉收缩
【作者】兔豆
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】Q958.885.3
【相关文献】
1.太平洋中低纬度海表温差与副热带高压异常的数值模拟 [J], 潘敖大;孙照渤;周丽贤
2.中国传统的海权观念与郑和七下西洋中断的原因 [J], 张金华
3.强化“微信办公”保密意识/“校长陪餐”宜成为常态/海淘“洋中药” [J],
4.北太平洋中尺度涡的海表温度和叶绿素浓度特征分析 [J], 郑晓莉; 董庆; 樊星
5.关键应激蛋白HSP90调控涡虫再生能力的新发现 [J], 邹普越;曹楚林;胡瀚丹;汤洋(指导);谢荣华(指导);沈晶晶(指导)
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涡虫是什么动物,涡虫对鱼缸有害吗怎么去除?涡虫是一种生命力特别顽强,繁殖速度超级快的小虫子,很多人对它并不太了解。
下面我们介绍一下涡虫是什么动物,它怎么繁殖,以及涡虫对鱼缸是不是有害等话题,供参考。
一、涡虫是什么动物?涡虫是一种生活在淡水里、吸附在石块上的一种软体动物,在水流不急,上游又有丰富有机物的溪水中,往往能找到涡虫。
发现涡虫后,用毛笔将它刷下,落人盛有清水的广口瓶里,再捡几块采集地的小石块,以备回家后放入饲养缸。
野外采回的涡虫,可移入金鱼缸或其他玻璃容器内饲养。
饲养缸必须很干净,否则就会影响涡虫正常生活,甚至会引起死亡。
另外,涡虫有避光的习性,饲养缸要放在阴凉处,缸内放些采集地带回的小石块。
缸口盖上一层纱布,以防蚊子等产卵。
饲养水最好用井水,如用自来水,须放2-3天后才可使用。
二、涡虫怎么繁殖?1、涡虫雌雄同体,具有较复杂的生殖器官,其生殖孔位于口后,生殖时2条涡虫的尾端一段会和腹面贴在一起,以生殖孔相对,互相交换精子,卵在体内受精,数个受精卵和卵黄(营养物质)被生殖囊分泌的粘液形成的膜状卵茧包裹,最后被排出体外,在外界孵化成幼涡虫。
2、涡虫在夏季还会经常以横分裂的方式进行无性生殖,其分裂面常位于咽后方,分裂时虫体后端粘附在底钩,前端则向前移动,直至虫体断裂。
经过一段时间后,断裂的虫体会各自长出失去的那部分身体,最后形成2个新个体。
3、涡虫具有较强的再生能力,可作为良好的实验材料来使用,将其横切为2段或多段,每段均可完整再生,其实质组织是分化新细胞、再生组织的主要来源。
三、涡虫对鱼缸有害吗?1、涡虫是否对鱼缸有害涡虫对鱼缸有害,虽然自然环境中的涡虫以昆虫、蠕虫、小型甲壳类生物为食,但鱼缸内的涡虫会寄生在鱼的身体中,危害鱼苗和小虾,鱼进入繁殖期后涡虫还会危害鱼卵。
2、鱼缸内涡虫怎么去除(1)向鱼缸内放几条孔雀鱼,或虎皮鱼、神仙鱼,这些鱼类会吞食涡虫。
(2)在涡虫诱捕器里面放一些带有腥味的诱饵,然后放入鱼缸,经过数小时后便可看到涡虫在诱饵上取食,该方法连续使用1周便可控制涡虫的数量。
无脊椎动物练习题1.红豆杉是我国一级珍稀濒危物种,下面叙述正确的是()A.因其果实红似火、形如豆得名B.具有根、茎、叶的分化,无输导组织C.属于裸子植物,用种子繁殖D.属于孢子植物,用孢子繁殖【答案】C2.长期观察一种植物,发现它有根、茎、叶和种子,但是没有花和果实。
该植物属于()A.裸子植物B.被子植物C.藻类植物D.蕨类植物【答案】A3.能形成针叶林,是构成地面森林的重要成分的植物类群是()A.裸子植物B.被子植物C.藻类植物D.蕨类植物【答案】A4.下列哪种植物,通常将它的果实称为种子()A.大豆B.花生C.小麦D.西瓜【答案】C5.下图是大豆种子和玉米粒的基本结构,下列叙述错误的是()A.大豆种子具有两片子叶,玉米籽粒具有一片子叶B.把碘液滴在玉米籽粒纵切面上,切面部分 e 变蓝C.种子的胚包括 a 胚根,b 胚轴、c 胚芽和e 胚乳D.人类食用的豆油来自种子的子叶,玉米面来自种子的胚乳【答案】C6.某同学想了解本年级同学新冠疫苗的接种情况,请问他应该采用的研究方法是()A.观察法B.调查法C.实验探究法D.查阅文献法【答案】B7.下列关于腔肠动物的叙述中,错误的是()A.水母、海葵、水螅都属于腔肠动物B.腔肠动物生活在水中C.身体呈辐射对称,体表有刺细胞D.腔肠动物出现了三个胚层【答案】D8.下列有关腔肠动物与人类关系的说法错误的是()A.珊瑚虫分泌的石灰质物质堆积构成珊瑚礁B.海蜇经加工后可以食用C.在海底世界观赏水母D.血吸虫寄生在人体内【答案】D9.德国生物学家海克尔在《自然界的艺术形态》一书中,描述了一种海洋生物,它们的结构看上去像盏精心设计的“吊灯”,它们利用刺细胞进行防御,未消化的残渣会被它们“吐出来”。
由此可判断该动物最有可能是()A.鱼B.海葵C.草履虫D.蝌蚪【答案】B10.与水螅相比,涡虫的运动能力和适应环境的能力更强一些。
涡虫的运动能力比水螅强的主要原因是()A.涡虫的身体比水螅短B.涡虫的体形像一片柳叶C.涡虫身体的中胚层形成了肌肉层D.涡虫身体的前端呈三角形【答案】C11.下列属于营寄生生活的扁形动物的是()A.水螅B.涡虫C.蛲虫D.猪肉绦虫【答案】D12.我国南方部分地区流行的血吸虫病是由日本血吸虫感染引起的,其幼虫寄生在钉螺体内,人若是进入含有钉螺的水域,很可能被感染。
一、实验目的1. 观察涡虫的形态结构,了解其基本特征。
2. 掌握涡虫的生活习性和行为特征。
3. 研究涡虫的再生能力,探讨其生物学意义。
二、实验原理涡虫(Planaria)是扁形动物门涡虫纲的代表动物,其体型扁平,呈两侧对称。
涡虫具有发达的神经系统,能对外界刺激做出反应。
涡虫具有再生能力,当其身体被切割成数段后,每一段都能再生出完整的涡虫。
本实验通过观察涡虫的形态结构、生活习性和再生能力,了解涡虫的生物学特性。
三、实验材料1. 涡虫:新鲜涡虫一只。
2. 双目显微镜:用于观察涡虫的形态结构。
3. 离子水:用于涡虫的培养和观察。
4. 刀片:用于切割涡虫。
5. 记录纸:用于记录实验数据和观察结果。
四、实验步骤1. 观察涡虫的形态结构(1)将涡虫置于载玻片上,用双目显微镜观察其整体形态。
(2)观察涡虫的口、消化道、生殖器官等部位。
(3)记录涡虫的形态结构特征。
2. 观察涡虫的生活习性(1)将涡虫置于离水环境中,观察其运动情况。
(2)观察涡虫对光、温度、食物等刺激的反应。
(3)记录涡虫的生活习性特征。
3. 研究涡虫的再生能力(1)用刀片将涡虫切成数段,观察其再生过程。
(2)记录涡虫再生所需的时间、再生器官的发育情况等。
(3)分析涡虫再生能力的生物学意义。
五、实验观察与记录1. 涡虫的形态结构涡虫呈扁平状,两侧对称,体长5-10毫米,体宽1-2毫米。
涡虫的口位于前端,呈圆形,周围有触手。
消化道呈长管状,前端有口,后端有肛门。
生殖器官位于身体后端,雄性生殖器官为精巢,雌性生殖器官为卵巢。
2. 涡虫的生活习性涡虫在离水环境中,能迅速地收缩身体,表现出强烈的运动。
涡虫对光、温度、食物等刺激有明显的反应。
在适宜的温度和光照条件下,涡虫能主动寻找食物。
3. 涡虫的再生能力涡虫被切割成数段后,每一段都能再生出完整的涡虫。
再生过程分为三个阶段:细胞分裂、细胞分化、器官再生。
涡虫再生所需的时间为1-2周,再生器官的发育情况与原涡虫相似。
涡虫:具有再生能力的模式生物涡虫:具有再生能力的模式生物□本报记者许琦敏《西游记》里的孙悟空真是厉害,头砍掉了立马又冒出一个来。
其实,有一类叫涡虫的动物,跟孙大圣的本领也不相上下——头切掉能新长个头出来,尾巴切掉重新长尾巴,就算将它粉身碎骨成279块,每一块都还能长出完整个体。
涡虫之所以具有如此强大的再生能力,主要原因是其体内有一种类似于人类干细胞的细胞,而且这种细胞占涡虫细胞总数的25%。
涡虫具有几乎无限的再生能力,在未受损伤的情况下,它能保持自己身体健康而不会死亡。
这使得它成为科学家开展再生研究的一个非常难得的模型。
近年来,一系列涡虫相关的研究工具被陆续开发出来,同时国际上多个顶级科研单位均建立了以涡虫为模式生物的实验室。
相关成果也已登上《自然》、《科学》等国际权威杂志。
中国科学家也已从涡虫中发现了近50个参与到再生过程中的基因。
残体再生、长生不老,是人类自远古以来的愿望。
或许找到这一门径的钥匙,就在涡虫身上。
惊人无限的再生能力涡虫能在一周内,重新长出切割掉的肌肉、皮肤、肠道、生殖系统,甚至整个大脑。
而在适宜的生长条件下且未受到损伤的情况下,它能一直保持自身健康而不会死亡。
涡虫是涡虫纲动物的总称,是扁形动物门中营自由生活(不需要寄生在其它生物体内)的一类。
它的进化地位并不怎么高级,介于水螅(腔肠动物门)和蚯蚓(环节动物门)之间。
涡虫的体表一般具有纤毛,并有典型的皮肤肌肉囊,以强化运动机能,表皮中的杆状体有利于捕食和防御敌害。
它的感觉器官和神经系统一般比较发达,能对外界环境如光线、水流及食物等迅速发生反应。
感觉器官包括眼、耳突等等。
自由生活涡虫的体表特别是耳突处分布有丰富的触觉感受器、化学感受器及水流感受器,它们分别感受触觉、化学及水流的刺激。
涡虫具有2条发达的腹神经索,与“脑”形成了原始的中枢神经系统。
涡虫类具有消化系统,有口无肛门,三角涡虫消化管分为3支(一支向前2支向后)。
涡虫通过体表从水中获得氧,并将二氧化碳排至水中。
涡虫:具有再生能力的模式生物涡虫:具有再生能力的模式生物□本报记者许琦敏《西游记》里的孙悟空真是厉害,头砍掉了立马又冒出一个来。
其实,有一类叫涡虫的动物,跟孙大圣的本领也不相上下——头切掉能新长个头出来,尾巴切掉重新长尾巴,就算将它粉身碎骨成279块,每一块都还能长出完整个体。
涡虫之所以具有如此强大的再生能力,主要原因是其体内有一种类似于人类干细胞的细胞,而且这种细胞占涡虫细胞总数的25%。
涡虫具有几乎无限的再生能力,在未受损伤的情况下,它能保持自己身体健康而不会死亡。
这使得它成为科学家开展再生研究的一个非常难得的模型。
近年来,一系列涡虫相关的研究工具被陆续开发出来,同时国际上多个顶级科研单位均建立了以涡虫为模式生物的实验室。
相关成果也已登上《自然》、《科学》等国际权威杂志。
中国科学家也已从涡虫中发现了近50个参与到再生过程中的基因。
残体再生、长生不老,是人类自远古以来的愿望。
或许找到这一门径的钥匙,就在涡虫身上。
惊人无限的再生能力涡虫能在一周内,重新长出切割掉的肌肉、皮肤、肠道、生殖系统,甚至整个大脑。
而在适宜的生长条件下且未受到损伤的情况下,它能一直保持自身健康而不会死亡。
涡虫是涡虫纲动物的总称,是扁形动物门中营自由生活(不需要寄生在其它生物体内)的一类。
它的进化地位并不怎么高级,介于水螅(腔肠动物门)和蚯蚓(环节动物门)之间。
涡虫的体表一般具有纤毛,并有典型的皮肤肌肉囊,以强化运动机能,表皮中的杆状体有利于捕食和防御敌害。
它的感觉器官和神经系统一般比较发达,能对外界环境如光线、水流及食物等迅速发生反应。
感觉器官包括眼、耳突等等。
自由生活涡虫的体表特别是耳突处分布有丰富的触觉感受器、化学感受器及水流感受器,它们分别感受触觉、化学及水流的刺激。
涡虫具有2条发达的腹神经索,与“脑”形成了原始的中枢神经系统。
涡虫类具有消化系统,有口无肛门,三角涡虫消化管分为3支(一支向前2支向后)。
涡虫通过体表从水中获得氧,并将二氧化碳排至水中。
原始的排泄系统为具焰细胞的原肾管系统,具有渗透调节和排泄作用。
生殖方式上,涡虫是雌雄同体,异体交配。
最令科学家惊奇的是,这种广泛生活在洁净水质的池塘和溪流中的扁形动物门生物具有近于无限的再生能力,再生过程也非常迅速——涡虫能在一周内,重新长出切割掉的肌肉、皮肤、肠道、生殖系统,甚至整个大脑。
而在适宜的生长条件下且未受到损伤的情况下,它能一直保持自己身体健康而不会死亡——这简直就是传说中的长生不老。
涡虫具备这种超级再生能力的主要原因是其体内有一种类似于人类干细胞的细胞。
这种细胞占涡虫细胞总数的25%,一旦涡虫受到损伤,这些细胞可以增殖,进而分化成为涡虫体内大约40余种类型的细胞,再生出有功能的全新的组织、器官直至一个完整的涡虫。
这种惊人的再生能力,使涡虫成为再生医学研究模式生物的不二之选。
物种间最基本的生物学过程都是高度保守的。
由于进化的原因,细胞生命在发育的基本模式方面具有相当大的同一性,所以利用位于生物复杂性阶梯较低级位置上的物种来研究发育共通规律是可能的。
因为对这些生物的研究具有帮助我们理解生命世界一般规律的意义,所以它们被称为“模式生物”。
在遗传与发育生物学常见的模式生物有线虫、果蝇、非洲爪蟾、蝾螈、小鼠等。
因此,在实验室里,模式生物通常代替人类接受疾病机理、药物筛选等一系列实验和研究。
正是得益于对不同生物的研究,才使得人类在生物和医学领域不断取得新的突破。
人们最为耳熟能详的模式生物莫过于小白鼠。
小鼠来源于野生鼷鼠,从17世纪开始用于解剖学研究及动物实验,经长期人工饲养选择培育,已育成多达千余个独立的远交群和近交系。
由于小鼠繁殖快,饲养管理费用低,并且遗传物质与人类具有高度的保守性,所以成为生物医学研究中广泛使用的模式生物,也是当今世界上研究最详尽的哺乳类实验动物。
目前全世界每天约有2500万只小鼠被用于生物医学研究。
迄今为止,至少有30项诺贝尔生理学或医学奖颁发给了以小鼠作为模式生物研究的科学家。
从生命科学发展历史来看,重大生物学现象和规律的发现都是从选择一种合适的模式生物开始的,早在150多年前,在奥地利布隆城的一所修道院中,孟德尔开始了他的豌豆杂交试验,在苦心经营8年之后,孟德尔发表了他的研究论文,并提出了遗传学中两个至关重要的遗传定律——分离定律和自由组合定律,现在统称为孟德尔定律。
除了夜以继日的努力工作以及天才般的思考方式,孟德尔获得成功的一个极其重要的因素是他选择了合适的模式生物——豌豆。
在豌豆实验之后,遗传学中另一位举足轻重的科学家摩尔根选择了黑腹果蝇作为模式生物进行研究。
他不仅仅发现了染色体在遗传中的作用,更重要的是创造了果蝇这一优秀的遗传学模式生物。
摩尔根与其弟子米勒均因果蝇遗传学研究获得了诺贝尔奖。
实际上,早在19世纪末,摩尔根在专注于果蝇研究之前,涡虫就进入了他的视野。
他之所以对涡虫感兴趣,就是因为它具有极其强大的再生能力。
生物体的整体或器官因创伤而发生部分丢失,在剩余部分的基础上又生长出与丢失部分在形态和功能上相同的结构,这一系列复杂的生物学过程称为再生。
在再生的研究历史上有着各种各样的模式生物,水螅、海星、蜗牛以及蜥蜴、娃娃鱼等都具有一定的再生能力,然而在涡虫面前,这些模式生物的再生能力只能用“小巫见大巫”来形容——摩尔根发现将涡虫切割到身体大小的279分之一时,涡虫仍具有再生能力,可以重新再生出一个完整的个体。
这种超强的再生能力在自然界是无与伦比的。
在细致的研究的基础上,摩尔根发表了数十篇论文介绍涡虫的再生现象。
但是由于技术手段的限制,涡虫再生机制的研究进展非常缓慢。
近年来随着涡虫整体原位杂交技术和RNAi敲低基因技术的出现,及地中海涡虫基因组测序的完成,使得涡虫再生机制的研究走向具体化和系统化。
如今,科学家们则迫切地希望通过分析涡虫替换衰老的或者受损的组织和细胞的能力,来帮助理解再生和长寿的奥秘。
相信在全球众多科研工作者的共同努力下,人类必能解开涡虫再生的秘密,进一步对人体组织甚至器官的再生提供指导作用。
而涡虫也有可能在诺贝尔奖牌榜上留名。
研究组织再生的理想模型涡虫具备超级再生能力的主要原因,是其体内有一种类似于人类干细胞的细胞。
而在人类体内虽然也存在着干细胞,却没有办法像涡虫一样再生出受伤、缺失的器官。
这就是涡虫的再生能力吸引无数生物学家注意的主要原因。
近十几年,干细胞研究迅速崛起,再生医学研究不断升温,成为当今生物和医学领域的热点和前沿。
科学家发现,在人类体内也存在着干细胞,然而却没有办法像涡虫一样再生出受伤、缺失的器官。
由于已有模式生物普遍缺乏比较强大的再生能力,发展新的用于研究干细胞调控机制及再生机理的模式生物就成为迫切需求,于是淡水涡虫再次吸引了科学家的注意。
科研人员希望利用涡虫这种相对简单的动物作为一把“钥匙”,试图打开人类干细胞宝库的大门,调动人体内的干细胞资源,为人类健康事业作一份贡献。
过去一个世纪,涡虫的再生能力尽管吸引了无数生物学家的注意,但是由于分子生物学和细胞生物学工具的缺乏,学术界对其再生的机理知之甚少。
10年前,美国卡耐基研究所的桑切斯及其同事成功建立了淡水涡虫的一种——地中海涡虫的单克隆品系,结合当时发现的dsRNA介导的基因沉默技术,使得涡虫领域重新焕发生机。
就在这十年间,国际上多个顶级科研单位均建立了以涡虫为模式生物的科研实验室,例如美国Stowers研究所、Whitehead研究所、伊利诺伊大学香槟分校等。
日本、英国、德国、印度等国家研究组也开展了涡虫的再生研究。
中国国内则有中科院上海生科院健康所、清华大学、郑州大学、山东理工大学等多个院所,也都开始开展与涡虫相关的研究。
近年来,一系列涡虫相关的研究工具被陆续开发出来:例如转录组、基因组测序工作的陆续开展,生物信息学平台不断完善,为涡虫作为模式生物奠定了基础;双链RNA介导的基因沉默方法可以敲低涡虫中任何一个基因来探索缺失这些基因后对组织再生过程的影响;免疫荧光、原位杂交等技术则可以用来将涡虫成体干细胞与其它终末分化细胞在体内进行区分;而流式细胞分选技术则可以将涡虫成体干细胞纯化出来进行体外的研究。
借助这些工具,以涡虫为模型研究再生的机制在短短的十年间取得了令人瞩目的进展。
作为科学研究的模式动物,除了具有超强的再生能力,涡虫还具有许多其他模式生物难以望其项背的优点。
首先,相对于其他用于再生研究的模式生物,涡虫再生能力强、周期短。
实验室使用的涡虫大小在0.5~2厘米之间,即使最小的涡虫切成3段仍可以完成再生。
通常,从切割到再生完成只需要一个星期左右,这大大缩短了实验周期,可以在短时间内得到实验结果,为科研工作者节省了大量的等待时间。
第二,实验室用涡虫容易大规模饲养繁殖。
实验使用的涡虫通常饲养在塑料饭盒内,一个1L的塑料饭盒可以饲养大约100~200只涡虫,而一个2平方米的饲养架大约可以饲养200缸涡虫。
这就允许科研人员即使在有限的空间里也可以有足够多的涡虫供实验使用,方便进行大规模的筛选试验,从大量功能未知的基因中寻找原创性的、新颖的影响涡虫再生的基因。
第三,涡虫中被称为Neoblast的成体干细胞数量丰富。
据文献报道,有增殖能力的干细胞占到涡虫虫体细胞的25%。
由于这些干细胞的数目庞大,研究过程中容易利用生物化学的方法进行显示,并且这个基数上的变化(比如干细胞类群数目增加或减少)比较容易观察、统计,这对于科学研究提供了极大的便利。
第四,涡虫是最简单的具有三胚层分化的模式生物,其大部分基因和高等生物高度保守,并且具有较低的冗余性。
科学研究表明,涡虫的基因超过80%和人类同源,涡虫干细胞在损伤后早期的反应与人类等高等生物,也有惊人的相似。
在涡虫中发现的再生机制,极有可能与高等生物中的机制是相似的,理解这些基因的功能有利于理解高等生物成体干细胞在再生中的调节方式,进而指导科研人员操作高等生物中的干细胞。
最后,目前涡虫系统的分子生物学手段比较健全,已具备特异的分子标志便于科研人员识别鉴定,遗传操作简单,研究基因表达和功能的方法技术日趋完善,这些特点都允许科研人员方便地进行在体的多能性研究,减少对离体的细胞培养系统的依赖。
科研人员研究再生使用的涡虫属于涡虫纲中三肠目。
目前使用的涡虫主要有两种,分别是欧美国家普遍使用的地中海涡虫和东亚三角涡虫。
养在实验室里的涡虫,还挺娇贵——它要住在常年恒温的涡虫房中,水温保持17~21度之间;它所用的水,必须用无菌的纯水配制成含有一定浓度的钠钾钙镁等离子的盐溶液;它的食物更是美味考究,每天喂食的是匀浆过的新鲜小牛肝,或煮熟的鸡蛋蛋黄和摇蚊幼虫。
20年间令人瞩目的研究进展涡虫真的是完全地再生吗?再生出来的组织和原来的组织完全一样吗?在再生过程中它怎么知道哪个地方要长头,哪个地方要长尾巴?这么强的再生能力,难道再生中不会出错吗?它会长肿瘤吗?人能不能像涡虫那样再生呢?……如此多的疑问,使全球科学家们的兴趣不断发酵,并直接推动了涡虫再生相关研究的飞速发展。