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新研究:切掉眼睛可以再生,记忆或可移植
发布时间:2020-06-30 09:38:14 作者:

很少人会注意到一种叫涡虫的生物,它们大多生活在溪流浅水处的石头下面,昼伏夜出,只有米粒大小。但正是这一不起眼的生物,多次登上《科学》杂志,成为再生医学研究的热点。

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涡虫再生能力及耐饥饿能力很强,把它的脑袋给切掉,剩下的身体可以长出一个新的脑袋,令人称奇。生活于淡水,在水温高的夏季进行无性生殖,在咽的前方或后方行横分裂。淡水生活的涡虫可以在几天内重新长出眼睛。这一点引起了众多科学家的关注。6月26日,Science刊登题为Muscle and neuronal guidepost-like cells facilitate planarian visual system regeneration 的研究论文,这项研究在扩大再生医学能力中向前迈进了一步。

科学家们发现,如果仅仅切掉它的眼睛,在几天之后,真涡虫的眼睛能重新给长回来,并且新的眼睛还具有正常的功能。这个现象让科学家们百思不得其解。

在《科学》论文中,来自麻省怀特海德研究所(Whitehead Institute)的一支团队对这个问题进行了回答。

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使用荧光原位杂交(FISH)技术,研究人员们在真涡虫的视觉系统附近发现了一小批全新的细胞。这些细胞与神经有很高的重合度,它们要么在眼睛附近,靠近感光细胞伸出神经轴突的位置;要么沿着轴突前行的路径分布。

令人惊讶的是,新找到的“路标细胞”里,根据基因表达的特征,研究人员们意外发现,其中两类居然是肌肉细胞!“在大部分动物体内,肌肉细胞可不干这事。”本研究的第一作者M. Lucila Scimone博士说道。在其他动物里,充当“路标细胞”的,大部分是神经元和胶质细胞。

这些肌肉细胞真的会影响新神经的分布吗?为了检验这个假设,研究人员们开发了一种“眼睛移植”技术,将一只真涡虫的眼睛,移植到另一只真涡虫脑袋上。研究发现,这些新的眼睛果然会朝着这些肌肉细胞伸出神经元,并在接触到这些肌肉细胞后对前行方向进行调整,最终与大脑进行连接,行使正常的视觉功能。

有意思的是,倘若研究人员们把这些眼睛移植到真涡虫身体的其他部位(缺乏这种特殊的肌肉细胞),感光神经元就找不到去大脑的路了。类似地,如果先去掉这些肌肉细胞,再进行移植,也会出现同样的结果。

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这项研究在扩大再生医学能力中向前迈进了重要一步。研究人员表示:此研究对生物体再生治疗这些损伤提供了见解。

其实,早在20世纪50年代,在美国密歇根大学,心理学教授詹姆斯·麦康奈尔(James McConnell)利用涡虫进行了一系列实验。

在早期的实验中,麦康奈尔通过电击配合闪烁的灯光来训练这些涡虫。最后,只需要用灯光照射就可以使涡虫产生收缩反应。然而,当他将涡虫切成两半的时候,有趣的事情发生了。有头部的那一半涡虫长出了尾巴,它保留了训练的记忆,这还是可以理解的;令人惊讶的是,只有尾巴的另一半涡虫长出了头部,但也保留了训练的记忆。麦康奈尔开始思索,如果无头涡虫能再生记忆,那这些记忆存储在哪里呢?如果某些记忆可以再生,那能否将其转移呢?

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也许可以。瑞典神经生物学家霍尔格·海登在20世纪60年代曾提出,记忆储存在神经元细胞内部,尤其是核糖核酸(RNA)中。RNA是负责传递信息的分子,能从脱氧核糖核酸(DNA)那里获得指令,利用核糖体生成蛋白质。麦康奈尔对海登的研究产生了兴趣,他切下经过训练的涡虫的一部分,移植到未经训练的涡虫身上,试图检测一种他称为“记忆RNA”的假想分子。

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记忆研究一直是科学的前沿。尽管许多科幻电影对记忆科学进行了异想天开的描写,但许多科学家认为,相关实验或可为阿尔茨海默症患者带来希望,使受损神经元的修复成为可能。至少在理论上,这些神经元可以在合适的RNA引导下,找回丢失的记忆。


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