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

Переводчик: Elvin Musayev Редактор: Natalia Savvidi

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

Для некоторых животных потеря конечности — это потеря насовсем.

But for salamanders, particularly axolotls,

Но для саламандр, в частности, аксолотлей,

amputation is just a temporary affliction.

потеря конечности — это лишь временное несчастье.

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

Они могут не только отращивать целые конечности за менее чем шесть недель,

they can also regenerate heart and even brain tissue.

но и регенерировать сердце и даже ткани мозга.

So how does this astonishing adaptation work?

Так как же происходит эта удивительная адаптация?

Regardless of regeneration,

У каждого существа с конечностями, регенерирует оно их или нет,

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

так или иначе должны были когда-то вырасти руки и ноги.

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

И независимо от того, начинается ли это в утробе матери или вне её,

it almost always begins with little bumps called limb buds.

почти всегда это начинается с маленьких бугорков,

называемых почками конечностей.

These buds are full of progenitor cells—

В этих почках полно клеток-предшественников —

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

множество видов клеток, способных дифференцироваться в различные ткани,

включая мышцы, хрящи, связки и сухожилия.

including muscles, cartilage, ligaments, and tendons.

Some of these progenitors are stem cells,

Некоторые из этих предшественников представляют собой стволовые клетки,

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

способные развиваться в ряд специализированных клеток и тканей,

while others are merely derived from stem cells.

а другие просто развились из стволовых клеток.

But in either case, the progenitors differentiate and multiply rapidly

Но в любом случае предшественники дифференцируются

и быстро увеличиваются в количестве по мере развития почки конечности.

as the limb bud develops.

Nerves grow into the limb from nearby cell bodies

Из близлежащих тел клеток в конечность проникают нервы

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

и образуется сеть кровеносных сосудов, которые снабжают процесс кислородом.

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

В конце концов эта крошечная почка превращается в полноценную конечность.

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

Большинство саламандр, включая аксолотлей, развивают конечности таким же образом.

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

Но, в отличие от других животных,

они могут при необходимости начать этот процесс заново.

if they need to.

When salamanders lose a limb,

Когда саламандры теряют конечность,

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

окружающие клетки кожи быстро покрывают поверхность раны.

This new layer of skin is called the wound epidermis,

Этот новый слой кожи называется эпидермисом раны.

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

Сформировавшись, он даёт сигнал клеткам нижней культи

to undergo something called dedifferentiation.

начать так называемую дедифференцировку.

This process reverts nearby cells from fully developed limb tissues

Этот процесс превращает близлежащие клетки из полностью развитых тканей

back into earlier, less specialized progenitor cells.

в более ранние, менее специализированные клетки-предшественники.

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

Одновременно периферическая нервная система

высвобождает стволовые клетки по всему телу саламандры.

throughout the salamander’s body.

This would be impossible for most multicellular organisms,

Такое невозможно для большинства многоклеточных,

whose stem cells typically lose their regenerative capacity with age.

так как их стволовые клетки с возрастом обычно теряют способность к регенерации.

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

Но когда стволовые клетки саламандры вблизи раны получают правильный сигнал,

they reactivate and start multiplying.

они реактивируются, и их количество начинает увеличиваться.

Researchers don’t know what ratio of stem cells

Исследователи не знают, какое соотношение стволовых клеток

and dedifferentiated progenitor cells regeneration requires.

и дедифференцированных клеток-предшественников

необходимо для этого.

But we do know these cells come together

Но мы знаем, что эти клетки,

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

объединясь, образуют самую важную часть процесса — бластему.

This structure is almost identical to a limb bud—

У почки конечностей эта структура почти такая же.

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

Главное отличие в том, что она состоит из переработанных, перепрофилированных

and potentially reserved cells, rather than completely new ones.

и потенциально зарезервированных клеток, а не из совершенно новых.

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

Кроме того, у бластемы и почек конечностей одна и та же задача:

to make thousands of new cells and organize them

создать тысячи новых клеток и с распределить их в мышцах,

into the muscle, bone, skin, and nerve tissue

костях, коже и нервной ткани,

required for a functional limb.

которые необходимы для функционирования конечности.

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

По мере развития этого процесса нервы и кровеносные сосуды в месте повреждения

transmit nutrition and oxygen.

передают питательные вещества и кислород.

Over several weeks, the stump will steadily grow

В течение нескольких недель культя будет неуклонно расти

a miniature limb with translucent skin.

в миниатюрную конечность с полупрозрачной кожей.

And when the process is complete,

И когда этот процесс завершится,

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

конечность не только сольётся с остальной частью тела саламандры,

there won't even be a scar.

и при этом даже не останется шрамов.

The relationship between scarring and regeneration

Связь между образованием рубцов и регенерацией —

is just one of this processes’ many mysteries.

это всего лишь одна из многих загадок этого процесса.

Scientists are still tracking salamander cells on the molecular level

Учёные всё ещё отслеживают клетки саламандры на молекулярном уровне,

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

чтобы определить, как они переходят из зрелой стадии в стадию регенерации.

And research into transplanting blastema cells investigates

Исследования, касающиеся трансплантация бластемы,

выясняют, как могли бы скопировать это чудо другие существа.

how other animals might replicate this reconstructive wizardry.

We also don’t understand how salamanders’ bodies know

Мы не понимаем и того, как организм саламандр определяет,

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

какая часть конечности была утеряна или какую часть нужно вырастить заново.

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

Согласно одной из теорий, клетки бластемы обладают формой позиционной памяти,

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

позволяющей им определить, насколько нужно вырасти по отношении друг к другу.

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

Важно знать также, как эти конечности понимают, когда следует прекратить расти,

to prevent overdevelopment, like in cancerous tumors.

чтобы предотвратить чрезмерное развитие, как это происходит при раковых опухолях.

But one of regenerations essential ingredients doesn’t belong solely

Но один из важнейших ингредиентов регенерации, бластема,

to salamanders: the blastema.

встречается не только у саламандр.

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

Рога оленя каждый год регенерируют одну и ту же рубцовую ткань,

even though their skin scars like ours.

несмотря на то, что шрамы на коже у них такие же, как и у нас.

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

Иглистые мыши могут восстанавливать кожу, шерсть и некоторые придатки без рубцов.

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

И даже у людей могут регенерироваться кончики пальцев рук и ног

in a surprisingly similar manner.

удивительно похожим образом.

We still don’t know whether this ability is tied

Мы до сих пор не знаем, связана ли эта способность

to our shared ancestry with salamanders

с нашим общим происхождением с саламандрами

or fueled by distinct biological mechanisms.

или же она вызвана различными биологическими механизмами.

But with time and research,

Но, продолжая исследования,

who knows what evolutionary knowledge we might grow back.

мы сможем приобрести новые знания об эволюции.