Что значит быть живым? Новое исследование удивительного морского существа предполагает, что ответ может быть сложнее, чем кажется.
Некоторые ампутированные фрагменты Psolus fabricii — разновидности морского огурца, обитающего в северной части Атлантического океана, — озадачили исследователей, когда они заметили, что отделенные части не просто разлагались и умирали, а, казалось, росли.
Чтобы выяснить это, исследователи гуманно иссекли дополнительные фрагменты из ножек, основного тела и щупалец морских животных и провели ряд лабораторных экспериментов в необработанной морской воде. Действительно, фрагменты отказывались умирать. Различные части неожиданно заживали сами собой и даже умудрялись поглощать питательные вещества, несмотря на отсутствие рта.
«Это первый случай бессмертия тканей в естественных условиях», — сказала Сара Джобсон, ведущий автор исследования, описывающего это открытие, опубликованного в среду в журнале Science Advances. «Эти морские огурцы известны своей высокой регенеративной способностью, поэтому, когда они теряют щупальце или амбулакральную ножку, они могут очень хорошо отрастить их заново, но никто никогда не изучал, что происходит с оторванными тканями, потому что мы просто предполагали, что они умрут».
Однако отделенные ткани не развились в целые новые особи — процесс, который может происходить при определенных условиях у некоторых видов морских огурцов, — что поднимает некоторые философские вопросы. «Мы с любовью называем эти эксплантаты тканей „нашими зомби“, потому что они, кажется, балансируют на грани между мертвым и живым», — сказала Джобсон, докторант океанологических наук в Мемориальном университете Ньюфаундленда и Лабрадора.
«Они не отрастают в целый новый организм — насколько мы можем судить, они, кажется, являются самостоятельной сущностью, которая поддерживает клеточную функцию, но не является размножающейся особью. Почему эти маленькие кусочки ткани сохраняют способность заживать и выживать без какой-либо репродуктивной цели? Каков эволюционный драйвер, который позволяет этому происходить?»
Многие животные способны добровольно ампутировать ткани и отращивать их заново, наиболее известны ящерицы, которые жертвуют своими хвостами, чтобы спастись от хищников. Но сам потерянный хвост ничего не делает, отметила Джобсон. Для параллели с морским огурцом, это как если бы хвост ящерицы зажил сам собой, а затем извивался в лесу, получая собственные питательные вещества и выживая в течение многих лет.
Что еще более удивительно, так это то, что отделенная ткань остается активной уже более трех лет. «Насколько мы можем судить, не было никаких признаков смерти, деградации или некроза», — добавила Джобсон, имея в виду гибель клеток. «Казалось, что это может продолжаться вечно. Нам просто пришлось в какой-то момент остановиться и опубликовать исследование».
В долгосрочной перспективе такая работа может помочь исследователям лучше понять регенерацию, заживление ран, поддержание тканей и старение, сказала Вероника Хинман, директор лаборатории морских биологических наук Уитни при Университете Флориды, по электронной почте. Она не участвовала в исследовании. «Я думаю, однако, что более важным открытием является то, что эта работа проверяет предположения о том, что значит быть „живым“ и как это зависит от целого организма, а не от локальных самоорганизующихся свойств самих тканей».
Открытие, которое привело к исследованию, было случайным, по словам Джобсон. «Мы работаем прямо на побережье и можем содержать живых животных в нашей лаборатории», — сказала она. Когда морское существо требуется для исследования, его обычно вынимают из резервуара, добавила она, но некоторые животные сильно прикрепляются к своему каменистому местообитанию или самому аквариуму. В этом случае, когда исследователь удалял морской огурец, некоторые из его амбулакральных ножек оставались и прилипали к стеклу. Это нормально, так как животное может отсоединить их в дикой природе при стрессе или нападении хищника и легко отрастить заново.
«Мы заметили, что они все еще были там через пару дней, затем недель, а затем месяцев, и они все еще держались», — сказала Джобсон. «Они заживали и даже немного подросли. Они выживали в своей естественной среде».
Части тела также процветали, находясь не в стерильной среде, а в естественной морской воде, которая, по словам Джобсон, «невероятно нечиста» и кишит бактериями и микроорганизмами. Фрагменты поглощали аминокислоты, которые естественным образом встречаются в среде обитания морского огурца, без необходимости во рту или кишечнике. Ткани не только продолжали производить клетки и проявляли признаки активной иммунной системы, но и продолжали двигаться и реагировать на прикосновения, даже спустя месяцы после отделения.
Если бы было подтверждено, что ткани морского огурца бессмертны, они могли бы найти применение в медицинских исследованиях и клеточной биологии, сказала Джобсон. Клетки потенциально могли бы заменить или вытеснить клетки HeLa, естественную бессмертную линию человеческих клеток, первоначально взятых у Генриетты Лакс, пациентки с раком шейки матки, в 1951 году. Эти клетки могут расти бесконечно в лаборатории, но требуют строго контролируемых стерильных условий. Более того, ученые взяли клетки без согласия пациентки, что вызывает серьезные этические вопросы.
Исследователи уже давно отметили клетки беспозвоночных, таких как морские огурцы, как обладающие потенциалом для исследований, которые принесут пользу млекопитающим и человеку, и они не имеют тех же этических ограничений, что и человеческие клетки, в отношении возможности их использования, добавила Джобсон.
Ткань морского огурца также может быть полезна для исследований здоровья океана, например, для тестирования повышения температуры или патогенов в морской воде. Способность клеток заживать и выживать без внешней помощи предполагает, что что-то поддерживает их здоровыми и чистыми. Было бы интересно, сказала Джобсон, точно определить, какие процессы или химические вещества используют клетки.
Следующим шагом будет изучение структуры ДНК клеток, чтобы увидеть, стареют ли они после репликации, добавила Джобсон. «Это подтвердило бы, действительно ли они бессмертны», — сказала она.
Иглокожие, группа, включающая морских огурцов, морских звезд и морских ежей, обладают замечательными регенеративными способностями, известными ученым уже давно, по словам Ноэ Вамбрёза, постдокторанта-исследователя Университета Саутгемптона в Англии, который изучает этих животных, но не участвовал в работе.
«Морские огурцы могут извергать свои пищеварительные органы в качестве защитного механизма, чтобы отвлечь хищников, а некоторые виды также могут размножаться бесполым путем посредством деления, процесса, при котором одна особь разделяется на две части, каждая из которых регенерирует в полностью клонированный организм», — написал Вамбрёз в электронном письме. «Однако, хотя сама по себе регенерация не является чем-то новым для этих животных, то, что демонстрирует это исследование — нечто, что можно было бы назвать „бессмертием тканей“, — является совершенно новым».
Это открытие важно, потому что оно может предоставить многообещающую новую модель для исследований биологии тканей, особенно с потенциальным применением в исследованиях восстановления тканей и старения. «В конечном счете, такие „бессмертные ткани“ могли бы помочь раскрыть фундаментальные механизмы поведения и динамики тканей, общие для всех животных, включая человека», — добавил он.
Что делает исследование убедительным, так это то, что биологи обычно рассматривают ткани как зависимые части более крупного организма, по словам Хинман из Университета Флориды. «Печень выживает, потому что организм поддерживает кровоток, иммунную защиту, питательные вещества, сигнальные молекулы, удаление отходов и структурную организацию», — сказала Хинман. «Как только ткань удаляется из организма, она обычно быстро разрушается».
Эти ткани морского огурца, кажется, нарушают некоторые из этих предположений. «Они не становятся целыми организмами, но они также не являются просто отмирающей тканью», — сказала она. «Вместо этого они, по-видимому, переходят в упрощенное, но самоподдерживающееся состояние. Это, кажется, подразумевает, что некоторые ткани могут содержать достаточную внутреннюю организацию, чтобы поддерживать себя гораздо дольше, чем мы думали».
Чтобы узнать больше новостей CNN и создавать информационные бюллетени, создайте учетную запись на CNN.com