Elektricitet tela

PRIČA O HIDRI

    

    Prometejeva beskrajno obnavljajuća jetra bila je samo vješto mučenje koje je organizovao Zeus kako bi orao poslan kao kazna za božansko donošenje vatre čovječanstvu mogao zauvijek uživati ​​u njegovom najvažnijem organu, priča također sugerira da su pretpovijesni Grci znali nešto o sposobnosti jetre da se uveća kao kompenzacija za nanesenu štetu. 

    Hidra je bilo čudovište koje je Herkul morao ubiti kao svoj drugi zadatak za kralja Euristeja. Zvijer je imala između sedam i stotinu glava, i svaki put kada bi Herkul odsjekao jednu, dvije nove bi niknule na njenom mjestu - sve dok heroj nije došao na ideju da njegov nećak Jolaj spali svaki vrat čim bi glava pala na tlo.

    U osamnaestom stoljeću ime Hidra je dato sićušnoj vodenoj životinji koja je imala sedam do dvanaest "glava" ili pipaka na šupljem tijelu nalik stabljici, jer se ovo stvorenje može regenerirati. Mitska Hidra ostaje simbol te sposobnosti, koju u određenoj mjeri posjeduje većina životinja, uključujući i nas.

    Normalno, slomljena kost će početi da zarasta za nekoliko sedmica ako se krajevi drže blizu jedan drugom bez pomicanja. Međutim, povremeno kost neće moći da se sraste uprkos godini ili više gipsa i operacije. Ovo je katastrofa za pacijenta i gorak poraz za doktora, koji mora amputirati ruku ili nogu i ugraditi protetsku zamjenu.

    Tokom dvadesetog stoljeća, većina biologa bila je sigurna da su u rast i zacjeljivanje uključeni samo hemijski procesi. Kao rezultat toga, većina istraživanja o nesrastanju kostiju koncentrirala se na metabolizam kalcija i hormonske odnose. Hirurzi su također "osvježavali" ili strugali površine prijeloma i osmislili sve složenije ploče i vijke kako bi čvrsto držali krajeve kostiju na mjestu.

FAZE ZACELJIVANJA PRELOMA

    Svaka kost je obavijena slojem čvrstog, fibroznih kolagena, proteina koji je glavni sastojak same kosti i takođe formira vezivno tkivo ili "lepak" koji povezuje sve naše ćelije jedne sa drugima. Ispod kolagenog omotača nalaze se ćelije koje ga proizvode, odmah pored kosti; zajedno ova dva sloja formiraju periost. Kada se kost slomi, ove periostalne ćelije se dele na poseban način. Jedna od ćerki ćelija ostaje na svom mestu, dok druga migrira u krvni ugrušak koji je okružuje lom i pretvara se u tip koji je blisko povezan, osteoblast, ili ćeliju koja stvara kost. Ovi novi osteoblasti grade otečeni prsten kosti, koji se zove kalus (žulj), oko preloma.

    Još jedna operacija popravke odvija se unutar kosti, u njenom šupljem centru, medularnoj šupljini. U detinjstvu koštana srž u ovoj šupljini aktivno proizvodi crvene i bele krvne ćelije, dok se u odraslom dobu većina srži pretvara u masno tkivo. Međutim, neke aktivne ćelije srži ostaju u poroznim naborima unutrašnje površine. Oko preloma formira se novo tkivo od ćelija srži, najlakše kod dece i mladih životinja. Ovo novo tkivo je nespecijalizovano, i ćelije srži ga čine, čini se, ne povećanjem brzine deobe, kao kod ćelija periosta koje formiraju kalus (žulj), već vraćanjem u primitivno, neo-embrionalno stanje. Nespecijalizovane prethodne ćelije srži zatim se pretvaraju u vrstu primitivnih ćelija hrskavice, zatim u zrele ćelije hrskavice, i konačno u nove ćelije kosti da pomognu zaceljenju preloma iznutra. Pod mikroskopom, promene viđene u ćelijama iz ove unutrašnje zone zarastanja, posebno kod dece nedelju ili dve nakon što je kost polomljena, izgledaju neverovatno haotično, i izgledaju zastrašujuće slično ćelijama visokog maligniteta koštanog raka. Ali u većini slučajeva njihova transformacija je pod kontrolom i kost zaceljuje.

    Dr. Marshall Urist, jedan od velikih istraživača u ortopediji, je zaključio početkom 1960-ih da je ovaj drugi tip zarastanja kostiju evolutivni povratak, jedini oblik regeneracije koji ljudi dele sa svim ostalim kičmenjacima. Regeneracija u ovom smislu znači ponovni rast složenog dela tela, koji se sastoji od nekoliko različitih vrsta ćelija, na način koji podseća na prvobitan rast istog dela u embrionu, u kojem se neophodne ćelije diferenciraju iz prostijih ćelija ili čak iz naizgled nesrodnih tipova. Ovaj proces, koji ću nazvati pravom regeneracijom, mora se razlikovati od dve druge forme zarastanja. Jedna, ponekad smatrana vrstom regeneracije, je fiziološko popravljanje, u kojem se male rane i svakodnevno habanje unutar jednog tkiva popravljaju od strane ćelija iste vrste u blizini, koje se jednostavno umnožavaju da bi zatvorile pukotinu. Drugi tip zarastanja se događa kada je rana prevelika za popravku pojedinačnog tkiva, ali životinja nema pravu regenerativnu sposobnost da obnovi oštećeni deo. U tom slučaju, povreda se jednostavno zakrpi najbolje što je moguće pomoću kolagenskih vlakana, formirajući ožiljak. Pošto je prava regeneracija najbliže povezana sa embrionskim razvojem i generalno najjača kod jednostavnih životinja, može se smatrati najfundamentalnijim načinom zarastanja.

BASNA KOJA POSTAJE ČINJENICA

    Regeneracija se dešava stalno u carstvu biljaka. Sigurno je ovo znanje stečeno vrlo rano u istoriji čovečanstva. Osim što zaključavaju svoje buduće generacije u misterioznom semenu, mnoge biljke, kao što su vinova loza, mogu formirati novu biljku iz jednog dela stare. Neki klasični autori su imali naslutiti regeneraciju kod životinja - Aristotel pominje da se oči vrlo mladih lastavica oporavljaju od povrede, a Plinije primećuje da izgubljeni "repovi" hobotnica i guštera ponovo rastu. Međutim, smatralo se da je ponovni rast gotovo isključivo privilegija biljaka.

    Francuski naučnik Rene Antoan Feršol de Reomur napravio je prvo naučno opisivanje regeneracije životinja 1712. godine. Reomur je posvetio čitav svoj život proučavanju „insekata“, što je u to vreme značilo sve beskičmenjake, sve što je očigledno bilo „niže“ od guštera, žaba i riba. U istraživanjima rečnih rakova, jastoga i krabi, Reomur je dokazao tvrdnje bretonskih ribara da ovim životinjama mogu ponovo da izrastu izgubljene noge. On je držao rečne rakove u posudi sa živim mamcem na ribarskom brodu, uklanjajući po jednu kandžu s svakog i posmatrajući da se amputirana ekstremnost pojavila sa svim anatomskim detaljima. Mala replika uda oblikovala se unutar oklopa; kada je oklop odbacen u narednoj sezoni ljuštenja, novi ud se razvijao i rastao do pune veličine.

    Römer je dao toliko doprinosa nauci da je njegova studija regeneracije bila zanemarena decenijama. U to vreme nikoga zapravo nije zanimalo šta ta nevažna stvorenja rade. Međutim, sav rad majstora bio je dobro poznat mlađem prirodnjaku, Abrahamu Trembleju iz Ženeve. Godine 1740, dok je bio zaposleni na imanju u blizini Haga, u Holandiji, Tremblej je pomoću ručne lupe proučavao male životinje koje žive u vodama i bunarima sa svežom vodom. Mnoge je opisao Römer, ali Tremblej je naišao na jedno čudno novo. Nije bilo duže od četvrtine inča i slabo je ličilo na lignju, sa cilindričnim telom okrunjenim krunom pipaka. Međutim, bilo je zapanjujuće zelene boje. Za Trembleja, zeleno je značilo vegetaciju, ali ako je ovo bilo biljka, bila je veoma neobična. Kada bi Tremblej prodrmao vodu u tanjiru, pipci bi se skupljali, a telo bi smočilo do čvorića, samo da bi se ponovo proširilo nakon perioda mira. Najčudnije od svega, video je da stvorenje „hoda“ prevrćući se iz kraja u kraj.

    Pošto su imali sposobnost kretanja, Trembley bi pretpostavio da su ta bića životinje i prešao na druga posmatranja, da nije slučajno naišao na vrstu obojenu u zeleno zbog simbiotskih algi. Da bi razrešio pitanje da li su životinje ili biljke, odlučio je da ih preseče na pola. Ako bi se ponovo razvili, to znači da su biljke sa neobičnom sposobnošću da hodaju, dok ako se ne bi regenerisali, moraju biti zelene životinje.

OTKRIĆE TREMBLEYA: ŽIVOTINJA ILI BILJKA?    

Trembley je uskoro ušao u svet koji je premašio njegova najluđa očekivanja. Podelio je polipe, kako ih je prvobitno nazivao, na sredini njihovih stabljika. Zatim je imao dva kratka dela stabljike, jedan sa prikačenim pipcima, od kojih se svaki skupio u malu tačku. Strpljivo posmatrajući, Trembley je video da se kasnije dva dela šire. Deo sa pipcima počeo je da se kreće normalno, kao da je u pitanju potpuni organizam. Drugi deo je ležao bez pokreta i naizgled mrtav. Nešto je moralo naterati Trembleya da nastavi eksperiment, jer je posmatrao ovaj nepokretni objekat devet dana, tokom kojih se ništa nije događalo.

    On je tada primetio da su na kraju reza izrasla tri mala „roga,“ i u roku od nekoliko dana kompletna kruna pipaka je bila obnovljena. Trembley je sada imao dva kompletna polipa kao rezultat što je jednog presekao na pola! Međutim, iako su se regenerisali, dalja posmatranja su uverila Trembleya da su ta stvorenja zaista životinje. Ne samo da su se kretala i hodala, već su njihove ruke hvatale sitne vodene tačke i prenosile ih do „usta,“ smeštenih u centru prstena pipaka, koja su odmah progutala plen.

    Trembley, tada tek imajuci trideset i jednu godinu, odlučio je da se uveri da je u pravu tako što je ce veliki Reaumur potvrditi njegova otkrića pre nego što ih objavi i eventualno se obrukao. Poslao je uzorke i detaljne beleške Reaumuru, koji je potvrdio da je reč o životinji sa neverovatnim sposobnostima regeneracije. Zatim je odmah pročitao Trembleyeva pisma i pokazao svoje uzorke zadivljenoj Kraljevskoj akademiji početkom 1741. zvanično izveštaj je nazivao Trembleyev polip čudesnijim od feniksa ili mitskog zmijolikog stvora koji se mogao spojiti nakon što je presečen na dva dela, jer se ovi legendarni životinje mogle samo obnoviti, dok je polip mogao napraviti duplikat.

    Ovo je, međutim, bio samo početak. Trembleyevi polipi su radili još čudesnija dostignuća. Kada se preseče po dužini, svaka polovina stabljike zarastala je bez ožiljka i nastavila da ponovo raste nedostajuće pipke. Trembley je samleo neke polipe u što više delova koliko je mogao, otkrivajući da će se iz svakog dela regenerisati kompletna životinja, sve dok je sadržavao ostatak centralne stabljike. U jednom slučaju je isekao na četvrtine jednu od stvorenja, a zatim je svaki dobijeni polip presekao na tri ili četiri dela, sve dok nije napravio pedeset životinja od jedne.

    Njegov najslavniji eksperiment bio je onaj koji ga je naveo da svom polipu da ime "hidra." Otkrio je da, ako preseče glavu po dužini, ostavljajući stabljiku netaknutom, može proizvesti jednog organizma sa dve krune pipaka. Nastavljajući proces, uspeo je da dobije jednog organizma sa sedam glava. Kada bi Trembley odsekao glave, svaka bi ponovo izrasla, baš kao kod mitskog čudovišta. Ali priroda je otišla još korak dalje: Svaka odsečena glava nastavila je da formira potpuno nov organizam.

    Takvi eksperimenti su pružili naš prvi dokaz da čitave životinje mogu da se regenerišu, a Trembley je nastavio da primećuje da hidre mogu da se razmnožavaju jednostavnim pupanjem, mala životinja se pojavljuje sa strane stabljike i raste do pune veličine. Implikacije ovih otkrića bile su toliko revolucionarne da je Trembley odlagao objavljivanje celokupnog izveštaja o svom radu sve dok ga Reaumur nije podstakao i dok ga nekoliko drugih nije preteklo u štampi. Oštra podela između biljaka i životinja iznenada je postala zamućena, sugerišući zajedničko poreklo uz neku vrstu evolucije; osnovne pretpostavke o životu morale su biti preispitane.

Lazzaro Spallanzani

    Najvažniji doprinos Spallanzanija nauci bila je njegova otkrića o regenerativnim sposobnostima daždevnjaka. Može da zameni svoj rep i udove, sve odjednom ako je potrebno. Jedan mladi daždevnjak je izveo ovu veštinu za Spallanzanija šest puta u tri meseca. Kasnije je otkrio da daždevnjak može takođe da zameni vilicu i sočiva svojih očiju, a zatim je ustanovio dva opšta pravila regeneracije: Jednostavne životinje mogu da regenerišu više u odnosu na složene, ili, u modernim terminima, sposobnost regeneracije opada kako se ide gore na evolutivnoj skali. (Daždevnjak je glavni izuzetak.) U ontogenetskom paralelu, ako vrsta može da regeneriše, mlađi pojedinci to rade bolje nego stariji.

    Ova rana istraživanja regeneracije, posebno Spallanzanijeva, bila su prekretnica u modernoj biologiji. Mnogim zoolozima, čak i dvadeset godina nakon Trembleyevog prvog otkrića, nekoliko poznatih izuzetaka samo je potvrđivalo pravilo, jer su hobotnice, rakovi, hidre, crvi i puževi delovali toliko različito od ljudi ili poznatih sisara da se jedva računali. Gušter, jedini drugi poznati vertebrat koji se regeneriše tada, mogao je da obnovi samo nesavršen rep. Ali vodenjača – evo životinje s kojom smo mogli da se povežemo! Ovo nije bio crv, puž ili mikroskopska tačka, već četvoronožna, dvooki vertebrat koji može da hoda i pliva. Iako je njena legendarna sposobnost da izdrži vatru bila opovrgnuta, telo joj je bilo dovoljno veliko, a anatomija dovoljno slična našoj da se ozbiljno shvati. Naučnici više nisu mogli pretpostaviti da osnovni proces nema nikakve veze s nama. Zapravo, pitanja kojima je Spallanzani završio svoje prvo izveštavanje o vodenjači muče biologe do danas: „Da li se može nadati da [više životinje] mogu steći [istu moć] nekim korisnim dispozicijama? i da li bi laskava očekivanja da ovu prednost steknemo za sebe trebalo smatrati u potpunosti iluzornim?“

EMBRION NA RANI

    Regeneracija je u velikoj meri zaboravljena tokom jednog veka. Spalancani je bio toliko temeljit da se malo šta drugo moglo naučiti o tome sa tehnikama tog vremena. Štaviše, iako je njegov rad snažno podržavao epigenesis, njegov uticaj je izgubljen jer je cela debata bila progutana u mnogo većem filozofskom sukobu između vitalizma i mehanicizma. Pošto biologija uključuje proučavanje naše sopstvene suštine, ona je najemocionalnija nauka, i kroz istoriju je bila bojno polje za ove dve tačke gledišta. Ukratko, vitalisti su verovali u duh, zvan anima ili elan vital, koji je živa bića činio fundamentalno različitim od drugih supstanci. Mehanisti su verovali da se život na kraju može shvatiti u terminima istih fizičkih i hemijskih zakona koji upravljaju neživom materijom, i da je samo neznanje ovih sila navodilo ljude da prizivaju takve izmišljotine kao što je duh. Ove ćemo teme razraditi detaljnije kasnije, ali za sada je potrebno samo napomenuti da su vitalisti favorizovali epigenesis, gledajući na njega kao na nametanje reda na haos jajeta od strane neke neuhvatljive „vitalne“ sile. Mehanisti su favorizovali preformaciju. Pošto je nauka sve više insistirala na materijalnim objašnjenjima za sve, epigenesis je izgubio uprkos dokazima regeneracije.

    Radeći na Univerzitetu u Minhenu 1880-ih, Boveri je otkrio gotovo svaki detalj deobe ćelija, uključujući hromosome. Tek izumom elektronskog mikroskopa neko je značajno doprineo njegovim originalnim opisima. Boveri je otkrio da sve aseksualne ćelije bilo koje vrste je sadržavala isti broj hromozoma. Kako je rast napredovao mitoza, ti hromozomi su se delili po dužini da bi napravili po dva od svakog, tako da je svaka ćerka ćelija imala isti broj hromozoma. Jaje i spermatozoid, deleći se posebnim procesom koji se zove meioza, završili su sa tačno polovicom tog broja, tako da bi oplođeno jaje započelo sa punim kompletom, polovina od oca, a polovina od majke. Došao je do očiglednih zaključaka da hromozomi prenose naslednost, i da svaki od njih može zameniti manje jedinice sa svojim parom od drugog roditelja.

    Tomas Hanta Morgan, ugledni embriolog sa Kolumbija univerziteta i prvi američki učesnik u ovoj sagi, snažno je protivio. Kasnije, kada je Morgan otkrio da se rezultati njegovih sopstvenih eksperimenata poklapaju sa Boverijevim, nastavio je da detaljnije opisuje strukturu hromozoma, beležeći specifične položaje, koje je nazvao genima, za nasledne osobine. Tako je nastala nauka genetika, a Morgan je 1933. godine dobio Nobelovu nagradu.

    Iako je Morgan bio najpoznatiji po svojim istraživanjima genetike na mušicama, karijeru je započeo proučavanjem regeneracije udova kod salamandera, o čemu je napravio ključnu zapažanje. Otkrio je da novi ud prethodi masa ćelija koja se pojavljuje na panju i podseća na nespecijalizovanu masu ćelija ranog embriona. Ovu strukturu je nazvao blastema i kasnije je zaključio da je problem kako se regenerisani ud formira identičan problemu kako se embrion razvija iz jajne ćelije.