How do animals regrow their limbs? And why can't humans do it? - Jessica Whited

Translator: Mohammad Badsar Reviewer: Masoud Motamedifar

For some animals, losing a limb is a decidedly permanent affair.

برای برخی جانوران، از دست دادن یک اندام یک اتفاق قاطع و همیشگی است.

But for salamanders, particularly axolotls,

اما برخی سمندرها خصوصاً سمندر مکزیکی،

amputation is just a temporary affliction.

قطع عضو فقط یک رنج موقت است.

Not only can they grow back entire limbs in as little as six weeks,

نه تنها می‌توانند در مدت اندک شش هفته کل اندام را دوباره رشد دهند،

they can also regenerate heart and even brain tissue.

حتی می‌توانند اعضایی مثل قلب و حتی مغز را دوباره تولید کنند.

So how does this astonishing adaptation work?

خوب این سازگاری خارق‌العاده چگونه کار می‌کند؟

Regardless of regeneration,

فارغ از تولید دوباره،

every limbed creature had to grow their arms and legs at some point.

هر جانور دارای دست و پا باید بازوها و پاها را در نقطه‌ای رشد دهند.

And whether that process starts in the womb or the world,

چه این فرآیند در رحم شروع شود یا در دنیا،

it almost always begins with little bumps called limb buds.

این فرآیند تقریباً همیشه با زائده‌های کوچکی به نام جوانه‌های اندامی آغاز می‌شود.

These buds are full of progenitor cells—

این جوانه‌ها پر از سلول‌های پیش‌ساز هستند -

a cornucopia of cell types that can differentiate into various tissues,

تجمعی از انواع سلول‌ها که می‌تواند به اندام‌های مختلف مبدل شود،

including muscles, cartilage, ligaments, and tendons.

از جمله ماهیچه‌ها، غضروف، رباط‌ها و تاندون‌ها.

Some of these progenitors are stem cells,

برخی از این سلول‌های پیش‌ساز، سلول‌های بنیادی هستند،

capable of developing into a range of specialized cells and tissues,

که قادرند به انواع مختلفی از سلول‌ها و اندام‌های خاص تبدیل شوند،

while others are merely derived from stem cells.

در حالی که مابقی به ندرت از سلول‌های بنیادی استخراج می‌شوند.

But in either case, the progenitors differentiate and multiply rapidly

اما در هر دو مورد، پیش‌سازها به سرعت تبدیل و تکثیر می‌شوند

as the limb bud develops.

تا جوانه اندامی شکل گیرد.

Nerves grow into the limb from nearby cell bodies

اعصاب به درون اندام از سلول‌های مجاور رشد کرده

and a network of blood vessels form which fuel the process with oxygen.

و شبکه‌ای از رگ‌های خونی شکل می‌گیرد که اکسیژن مورد نیاز را تامین می‌کنند.

Eventually, that tiny bud grows into a full infant limb.

در نهایت، این جوانه‌های کوچک برای تبدیل شدن به اندام جوان کامل رشد می‌کنند.

Most salamanders, including axolotls, develop their limbs in the same way.

بیشتر سمندرها، شامل سمندر مکزیکی به همین شکل اندام‌های‌شان را توسعه می‌دهند.

But unlike other animals, they can also start this process all over again

اما بر خلاف دیگر جانوران، این‌ها می‌توانند این فرآیند را در صورت نیاز

if they need to.

بارها تکرار کنند.

When salamanders lose a limb,

وقتی سمندرها اندامی از دست می‌دهند،

surrounding skin cells quickly surge across the wound’s surface.

سلول‌های پوستی اطراف به سرعت سطح زخم را می‌پوشانند.

This new layer of skin is called the wound epidermis,

این لایه جدید پوست، اپیدرم زخم نامیده می‌شود،

and once established, it signals cells in the underlying limb stump

و زمانی که تشکیل شد، به سلول‌های زیرین اندام از دست رفته اطلاع می‌دهند

to undergo something called dedifferentiation.

تا فرآیندی به نام تمایززدایی طی کنند.

This process reverts nearby cells from fully developed limb tissues

این فرآیند سلول‌های اطراف را باز می‌گرداند تا از اندام‌های کاملا توسعه‌یافته

back into earlier, less specialized progenitor cells.

به سلول‌های ابتدایی‌تر و کمتر تخصصی پیش‌ساز مبدل شوند.

At the same time, the peripheral nervous system fires up stem cells

در همین حین، سیستم عصبی مجاور سلول‌های بنیادی را

throughout the salamander’s body.

در طول کل بدن سمندر راه‌اندازی می‌کند.

This would be impossible for most multicellular organisms,

این فرآیند برای بیشتر موجودات چندسلولی غیرممکن است،

whose stem cells typically lose their regenerative capacity with age.

چون سلول‌های بنیادی توان بازتولید خود را با گذر عمر از دست می‌دهند.

But when salamander stem cells near the injury get the right signal,

اما زمانی که سلول‌های بنیادی نزدیک زخم در سمندر پیام درست را دریافت کنند،

they reactivate and start multiplying.

دوباره فعال شده و شروع به تکثیر می‌کنند.

Researchers don’t know what ratio of stem cells

محققان نمی‌دانند چه نسبتی از سلول‌های بنیادی

and dedifferentiated progenitor cells regeneration requires.

و سلول‌های پیش‌ساز تمایززدایی‌شده برای بازتولید نیاز است.

But we do know these cells come together

اما قطعا می‌دانیم که این سلول‌ها با هم همکاری می‌کنند

to form the most important part of the process: the blastema.

تا مهمترین بخش این فرآیند به نام بلاستما را شکل دهند.

This structure is almost identical to a limb bud—

این ساختار تقریباً به جوانه اندامی شبیه است -

the primary difference is that it’s made of recycled, repurposed cells,

تفاوت اولیه این است که از سلول‌های بازیافت‌شده و بازهدف‌گذاری‌شده

and potentially reserved cells, rather than completely new ones.

و سلول‌های بالقوه ذخیره و نه سلول‌های کاملاً جدید ساخته می‌شود.

Beyond that, blastemas and limb buds have the same mission:

فارغ از این، بلاستماها و جوانه‌های اندامی مأموریت یکسان دارند:

to make thousands of new cells and organize them

ساختن هزاران سلول جدید و ساماندهی آن‌ها

into the muscle, bone, skin, and nerve tissue

در قالب ماهیچه، استخوان، پوست و بافت عصبی

required for a functional limb.

مورد نیاز وظایف یک اندام.

As this process unfolds, nerves and blood vessels spanning the injury site

با شروع این فرآیند، اعصاب و رگ‌های خونی که خود را به محل زخم می‌رسانند

transmit nutrition and oxygen.

غذا و اکسیژن را انتقال می‌دهند.

Over several weeks, the stump will steadily grow

با گذشت چند هفته، انتهای اندام به طور یکنواخت

a miniature limb with translucent skin.

یک اندام مینیاتوری را با پوست نیمه‌شفاف رشد می‌دهد.

And when the process is complete,

و با کامل شدن فرآیند،

not only will the limb match the rest of the salamander,

نه تنها آن اندام با سایر اعضای سمندر یکنواخت می‌شود

there won't even be a scar.

بلکه اثری از زخم هم نخواهد بود.

The relationship between scarring and regeneration

ارتباط بین زخمی شدن و بازتولید

is just one of this processes’ many mysteries.

فقط یکی از بسیار اسرار موجود در این فرآیند است.

Scientists are still tracking salamander cells on the molecular level

دانشمندان همچنان سلول‌های سمندر را در سطح مولکولی ردیابی می‌کنند

to determine how they revert from a mature stage into a regenerative one.

تا تعیین کنند که چگونه از مرحله بلوغ به سلول مرحله بازتولید باز می‌گردند.

And research into transplanting blastema cells investigates

و پژوهشگران در حوزه پیوند زدن سلول‌های بلاستما بررسی می‌کنند

how other animals might replicate this reconstructive wizardry.

که چگونه دیگر جانوران این فعالیت اسرارآمیز بازسازی را تکرار می‌کنند.

We also don’t understand how salamanders’ bodies know

ما همچنین نمی‌دانیم که چگونه بدن سمندر می‌فهمد

what part of the limb has been lost or how much needs to be regrown.

که چه بخشی از اندام از دست رفته یا چه مقدار باید ترمیم شود.

One theory is that blastema cells have a form of positional memory,

یک نظریه می‌گوید که سلول‌های بلاستما شکلی از حافظه جایگاهی دارند که به آن‌ها

allowing them to determine how much to grow in relation to one another.

امکان می‌دهد که بر اساس ارتباط با یکدیگر تعیین کنند که چه مقدار ترمیم نیاز است.

And it’s equally important to understand how these limbs know when to stop growing

به همان اندازه اهمیت دارد که بدانیم چگونه این اندام‌ها می‌فهمند کی باید رشد را

to prevent overdevelopment, like in cancerous tumors.

متوقف کنند تا از بزرگ شدن بیش از حد مثل تومورهای سرطانی جلوگیری شود.

But one of regenerations essential ingredients doesn’t belong solely

اما یکی از اصول اساسی بازتولید فقط مختص سمندرها نیست:

to salamanders: the blastema.

بلاستما.

Deer antlers use a similar healing tissue to regenerate each year,

شاخ گوزن از ترمیم اندامی مشابه بهره می‌برد تا هر سال بازسازی کند،

even though their skin scars like ours.

حتی اگر پوستشان مثل ما زخم باشد.

Spiny mice can also restore skin, hair, and some other appendages scar-free.

موش خاردار هم می‌تواند پوست، مو و دیگر زوائد عاری از زخم را بازسازی کند.

And even humans can regenerate the tips of our fingers and toes

و حتی انسان‌ها می‌توانند نوک انگشتان دست و پا را بازسازی کنند

in a surprisingly similar manner.

به شیوه‌ای بسیار مشابه.

We still don’t know whether this ability is tied

ما هنوز نمی‌دانیم که آیا این توانایی

to our shared ancestry with salamanders

به نیای مشترک ما با سمندرها مربوط است

or fueled by distinct biological mechanisms.

یا با مکانیزم زیستی دیگری شکل گرفته است.

But with time and research,

اما با صرف زمان و پژوهش،

who knows what evolutionary knowledge we might grow back.

کسی چه می‌داند چه دانش فرگشتی ممکن است دوباره احیا شود.