Por ser uma criança tola, peguei um lagarto pelo rabo e, querendo mostrar minhas habilidades de caça, resolvi mostrá-lo para minha mãe. O lagarto naquele dia não estava pronto para expandir seu círculo social e, portanto, deixou cair sua cauda e desapareceu na grama. E aqui estou eu de pé no meio do jardim com um rabo balançando sem o dono nas mãos, sem entender o que havia acontecido. Este evento marcante da infância é um excelente exemplo de comportamento adaptativo e regeneração reparadora. Uma pessoa também tem regeneração, mas não reparadora, mas fisiológica (camada externa da pele, unhas, cabelos, etc.). Mas as salamandras são consideradas mestras da regeneração, capazes de regenerar qualquer membro perdido. No entanto, eles estão longe de ser os únicos donos deste presente único. Por exemplo, hidras, um gênero de celenterados sésseis de água doce,são capazes de se recuperar quase completamente, mesmo após o corte em peças. Um grupo de cientistas da Universidade do Arizona (EUA) descobriu que o jacaré do Mississippi também tem regeneração reparadora. Como é o processo de recuperação em crocodilos, quão diferente é sua regeneração de outros organismos, e existem diferenças entre o membro original e o regenerado? Encontraremos respostas para essas perguntas no relatório dos cientistas. Vai.
Base de pesquisa
A regeneração é inerentemente uma habilidade bastante comum. No entanto, sua força e funcionalidade diferem entre espécies, famílias e gêneros de organismos vivos. Por exemplo, répteis não aviários são o único grupo que regenera estruturas complexas de múltiplos tecidos (por exemplo, a cauda), enquanto mamíferos e pássaros mostram uma capacidade muito limitada de regeneração na idade adulta (regeneração embrionária não foi considerada neste trabalho).
Ao contrário dos vertebrados com regeneração, a maioria dos mamíferos passa por um longo processo de cura e reparo dos tecidos danificados após a lesão. Esse processo leva à formação de tecido cicatricial, que tem funcionalidade e sensibilidade reduzidas e aumenta o risco de infecção. Em outras palavras, o processo de cicatrização de feridas no corpo humano não pode ser chamado de regeneração.
Para entender o mecanismo de regeneração, deve-se primeiro entender sua essência, ou seja, porque é necessário. No momento, o principal motivo para o surgimento da regeneração em alguns animais é a influência de predadores. Entre muitas espécies de peixes ósseos, girinos sem cauda, anfíbios marinhos e répteis não aviários, a predação subletal é generalizada, quando a presa tem certa chance de evitar a morte, embora receba sérios danos. Como resultado, algumas espécies de salamandras e lagartos desenvolveram a capacidade de autotomia * de sua cauda como uma tática para evitar predadores.
Autotomia * - a habilidade de um animal de jogar fora qualquer membro por conta própria em caso de perigo ou em vista de algum estímulo externo.Dito isso, deixar cair a cauda não é o exemplo mais extremo de autotomia. Os ratos Eagle ( Acomys ) literalmente saem de seu caminho em caso de perigo. Esses incríveis roedores são capazes de regenerar completamente a pele (incluindo folículos capilares, derme, etc.) e até mesmo as orelhas (ou seja, tecido de cartilagem).
Para obter mais informações sobre a autotomia de camundongos bordados, consulte o trabalho de cientistas da Universidade de Kentucky.
Se regenerar ou não é uma questão extremamente importante para muitas espécies no curso da evolução, pois essa habilidade tem vantagens e desvantagens. Por um lado, existe uma chance de evitar a morte nos dentes de um predador. Por outro lado, a perda de um membro devido à autotomia pode afetar muito a mobilidade, a conservação de energia e até a seleção sexual durante a estação reprodutiva. Portanto, a espécie deve determinar por si mesma o que é mais importante para ela em tal situação.
A perda ou ausência inicial de regeneração em muitos mamíferos está associada ao desenvolvimento de um sistema imunológico especializado, maior regulação do ciclo celular ou ao desenvolvimento de endotermia. Processos como diminuição da resposta à lesão, formação de epiderme especializada na área da ferida, remodelamento da matriz extracelular, reinervação e reativação de vias de desenvolvimento conservadoras são comuns para vertebrados com capacidade de regeneração. Isso indica a presença de um núcleo comum da capacidade regenerativa de diferentes espécies. Por outro lado, a capacidade regenerativa dos apêndices de vertebrados varia muito e pode ser considerada como um espectro com diferentes mecanismos de ativação, características funcionais e o grau de regeneração.
Imagem №1: distribuição das habilidades regenerativas em diferentes animais.
Por exemplo, peixes do gênero Danio ( Danio ), axolotls e girinos de rãs Xenopus são capazes de restaurar estruturas que são quase idênticas aos apêndices originais. Rãs Xenopus adultas apresentam regeneração não idêntica. E a grande maioria dos mamíferos não substitui os membros perdidos.
As características físicas do indivíduo também afetam a capacidade regenerativa do animal: tamanho do corpo, idade, estágio do ciclo de vida, etc. Existem poucos dados sobre esses aspectos. Até agora, sabe-se que o aumento do tamanho do corpo pode retardar a cicatrização de membros da salamandra, e diferentes estágios do ciclo de vida afetam a regeneração em sapos Xenopus .
Voltemos aos nossos carneiros, mais precisamente aos répteis. Dada a diversidade de espécies, os representantes desta classe vivem em diferentes partes do mundo, razão pela qual existem várias diferenças nas características fisiológicas, comportamentais e morfológicas.
Se considerarmos a cauda, então é bastante óbvio que este membro é de grande importância para o movimento, conservação de energia e seleção sexual. O habitat desta ou daquela espécie no curso da evolução influenciou fortemente a estrutura da cauda e, portanto, suas habilidades regenerativas.
Os répteis são representados por três infra-classes existentes: Neodiapsida , que inclui tartarugas; Archosauromorpha (crocodilos e pássaros); Lepidosauromorpha , ou seja escamosa (lagartos, cobras).
Criar um novo membro para uma salamandra não é difícil, mas leva muito tempo.
Lagartos, como sabemos, são capazes de perder sua cauda e criar uma nova que é anatomicamente diferente do original. O endosqueleto principal da cauda do lagarto regenerado consiste em um tubo cartilaginoso não segmentado que envolve o epêndimo e os axônios descendentes centrais. Durante a regeneração da cauda, nenhum novo neurônio é formado; em vez disso, os axônios de regeneração se originam de neurônios localizados na medula espinhal e nos gânglios da raiz dorsal, que se originam no coto da cauda. Além disso, o músculo esquelético regenerado forma fibras longitudinais localizadas radialmente ao redor do tubo cartilaginoso e sem organização.
As cobras não substituem a cauda perdida devido a ferimentos, mas Tuatars (um gênero de répteisO esfenodonte , nativo da Nova Zelândia) desenvolve o endoesqueleto cartilaginoso (como lagartos), mas o músculo esquelético é mínimo ou ausente. A maior parte da cauda crescida do tuatara consiste em tecido conjuntivo denso semelhante a tecido fibroso.
A partir desses exemplos, torna-se evidente que a regeneração da cauda não é exclusiva de nenhuma espécie, e o processo de restauração de um membro perdido é diferente.
Manter um crocodilo em casa não é uma boa ideia, e aqui está o porquê.
É bastante óbvio que tem havido sugestões de que os crocodilos modernos (crocodilos, jacarés, crocodilos e gaviais) também possuem habilidades regenerativas. A pesquisa nesta área foi realizada de forma bastante superficial, por isso até agora não havia uma descrição completa do processo. Portanto, neste trabalho, os cientistas decidiram considerar em detalhes como exatamente os crocodilos na cara do crocodilo do Mississippi são capazes de criar uma cauda perdida.
Resultados da pesquisa
Usando dados anatômicos e histológicos, os cientistas realizaram uma análise comparativa dos tecidos dos segmentos de cauda originais e crescidos localizados perto da junção do crocodilo do Mississippi.
Imagem # 2
Os segmentos da cauda originais foram cobertos com escalas retangulares não sobrepostas e placas dorsais dispostas em linhas transversais ( 2a - 2c ). As escamas dorsais eram irregulares e mais escuras que as ventrais ( 2a - 2f ). Dentre as amostras analisadas, apenas a amostra A01 apresentou escudos dorsais pareados, indicando que A01 sofreu lesão mais proximal (mais próxima do centro) ( 2d ).
As radiografias mostraram que cada vértebra caudal proximal correspondia a uma linha de escamas e tinha espinhas alongadas (processos dorsais que fazem parte da crista) e papófise (processos da vértebra no lado ventral, ou seja, abaixo) ( 2g - 2i ).
A vértebra caudal, localizada imediatamente proximal ao sítio proposto de lesão, carece desses processos dorsais e apresenta fissuras ósseas, indicando o resultado de sua remodelação ( 2g - 2i ).
Como amostra controle, foi analisada a cauda de uma fêmea jovem, na qual não houve danos. O esqueleto axial dos crocodilos consiste em 65 vértebras, das quais 38-41 são caudais (abreviado como Cavértebras). Na amostra A00, foram identificadas 40 vértebras caudais.
As vértebras caudais 1-14 têm processos transversos, o que é consistente com estudos anatômicos anteriores. A coluna vertebral foi alongada ao longo de todo o comprimento da cauda, e os processos vertebrais gradualmente estreitaram em direção à extremidade distal. Além disso, cada vértebra caudal correspondia a um segmento de escala com
placas dorsais emparelhadas terminando no segmento 18. Uma vez que apenas A01 mostra placas dorsais emparelhadas no segmento de cauda original ( 2d), os cientistas sugeriram que esse indivíduo perdeu cerca de metade da cauda posterior (por assim dizer, traseira). As amostras A02 e A03 mostraram apenas placas dorsais únicas no segmento da cauda original. Isso indica que a cauda foi truncada distalmente ao segmento 18 ( 2e e 2f ). A contagem das fileiras de escamas permitiu esclarecer a posição da lesão em A02 e A03: o truncamento foi próximo às vértebras 24 e 20, respectivamente.
Como as vértebras dos crocodilos não possuem áreas especializadas para autotomia, a perda de uma parte da cauda causava uma lesão ou um defeito de nascença, e não o jogava fora, como nos lagartos.
Imagem # 3
No próximo estágio do estudo, foi dada atenção à anatomia e histologia dos músculos esqueléticos da cauda original.
Em torno da coluna vertebral há um grande volume de músculo, dividido ao meio por um espesso septo horizontal em seções epaxiais separadas (localizadas no lado dorsal do eixo) e hipaxiais (localizadas no lado ventral do eixo) ( 3a e 3b ).
Os músculos epaxiais consistiam de M. longissimus e M. transversospinalis , os quais eram separados por um septo dorsal intermuscular ( septum intermusculare dorsi ). Enquanto M. longissimus ocupava a maior parte da área epaxial, M. transversospinalis era relativamente delgado.
A região hipaxial consiste exclusivamente nos músculos M. ilio-ischiocaudalis( 3a e 3b ), que geralmente são complementados por M. caudofemoralis na região proximal da cauda. Ressalta-se que a ausência de M. caudofemoralis era esperada nas amostras estudadas , uma vez que o dano na cauda era distal à localização dos processos transversos e M. caudofemoralis .
A coloração com hematoxilina e eosina (H&E) das seções transversais do músculo proximal revelou feixes de fibras musculares homogêneos circundados por uma membrana basal ( 3c e 3d ).
O estudo imunohistoquímico (IHQ) mostrou que o músculo contém principalmente fibras do tipo II * ( 3e - 3h ).
II* — , , .. .
Imagem №4
Compreendendo em que consiste a cauda de um crocodilo saudável, os cientistas começaram a analisar a cauda crescida e compará-la com a original.
Os crocodilos podem crescer (regenerar) sua cauda, mas não outros membros. O comprimento médio das caudas crescidas é de 15,7 ± 7,3 cm; cerca de 6-18% do comprimento total do corpo. Ao mesmo tempo, é bastante simples determinar os segmentos crescidos por sua morfologia externa.
As escamas da cauda crescida diferem em cor e padrão em relação à cauda original. Pequenas escamas pretas foram distribuídas uniformemente ao redor da circunferência da cauda regenerada, que não tinha placas dorsais ( 4a - 4d) Essas escamas aderiram firmemente ao tecido subjacente. Um exame mais detalhado da pele da cauda crescida mostrou a presença de todas as camadas típicas da epiderme e derme ( 4i ).
A radiografia mostrou que não havia osso no segmento de cauda crescido, mas foi encontrada a presença de uma estrutura em forma de bastonete ( 4e - 4g ). Em uma amostra (A04), essa estrutura estava presente na cauda crescida novamente, que se projetava da superfície dorsal da cauda original ( 4h ). É esta situação que se deve provavelmente a uma lesão que não levou à amputação completa da cauda.
Imagem No. 5
Este espécime também não tinha a extremidade distal da cauda e um pequeno segmento regenerado estava presente. A ressonância magnética confirmou a presença de uma estrutura em forma de bastonete não segmentada, oca ( 5a ) com orifícios distribuídos ao longo do comprimento da cauda ( 5b - 5e ).
Os cientistas observam que buracos semelhantes na cauda regenerada foram encontrados anteriormente no lagarto verde ( Lacerta viridis ) e servem como canais para o crescimento de vasos sanguíneos e axônios. Na cauda do crocodilo, a estrutura em forma de bastonete localizava-se ventralmente ( 5c - 5f ).
Imagem No. 6
O exame histológico da estrutura do endoesqueleto confirmou que ele é composto de cartilagem em vez de osso. A coloração do tecido tricrômico revelou uma matriz extracelular rica em colágeno avascular (ECM) que foi esparsamente povoada com grandes condrócitos redondos embutidos nas lacunas * ( 6a e setas pretas em 6b ).
Lacunas * - lacunas entre os locais do tecido.Os condrócitos mais próximos da interface entre a cartilagem e o tecido conjuntivo circundante eram menores e mais densos (seta branca em 6b ).
Por meio da IHQ com colágeno COL2A1, foi possível identificar a região ( 6c e 6d ) que separa a cartilagem do tecido conjuntivo sobrejacente. Nenhuma formação semelhante foi encontrada nas amostras de controle ( 6e e 6f ).
Imagem # 7 A
dissecção mostrou que o músculo esquelético estava ausente no segmento da cauda novo, e a imunocoloração com um anticorpo que reconhece um marcador celular específico do músculo confirmou isso ( 7a e 7b versus 3e e 3f)
O exame histológico revelou excesso de colágeno cutâneo, além de densa rede de tecido conjuntivo fibroso irregular esparsamente povoado por células mononucleares ( 7c e 7d ). A teia de fibras entrelaçadas foi tingida de vermelho com Picrosirius Red. Conclui-se que é à base de colágeno ( 7e e 7f ) .
Verificou-se também que as fibras maiores pertencem ao colágeno tipo I, e as menores ao colágeno tipo III ( 7g e 7h ). Um padrão semelhante foi observado em todas as amostras. A única diferença foi encontrada na amostra A03 ( 7i ), onde grandes bolsas de adipócitos (tecido adiposo) estavam presentes.
A cauda crescida tinha muitos axônios e vasos sanguíneos de vários tamanhos. Feixes de nervos, representados por axônios em uma bainha de tecido conjuntivo, costumavam estar próximos uns dos outros ( 7i e 7j ). Dada a ausência de músculo esquelético, pode-se presumir que esses processos nervosos estão envolvidos na percepção sensorial, e não nas habilidades motoras.
A identificação dos vasos sanguíneos foi realizada devido às suas características distintivas, como a presença de um lúmen revestido por células endoteliais e por vezes de músculo liso ( 7k ). Além disso, eritrócitos foram encontrados nos lúmens dos vasos maiores, que nos répteis apresentam formato elíptico com núcleo localizado centralmente ( 7l ).
Para um conhecimento mais detalhado das nuances do estudo, recomendo que você leia o relatório de cientistas e materiais adicionais a ele.
Epílogo
A regeneração é uma habilidade surpreendente, mas controversa, que não é inerente a todos os organismos vivos da Terra. À primeira vista, a regeneração tem raízes funcionais comuns, no entanto, após um exame detalhado, torna-se óbvio que existem diferentes mecanismos de seu trabalho.
Neste trabalho, os cientistas examinaram as habilidades regenerativas dos crocodilos do Mississippi. Como lagartos, esses predadores formidáveis são capazes de criar sua própria cauda. No entanto, a perda desse membro não ocorre espontaneamente (ou seja, não é um exemplo de autotomia), mas é o resultado de uma lesão. O próprio processo de restauração da cauda perdida leva muitos meses e o resultado é muito diferente do original na aparência e na composição estrutural. Nenhum músculo esquelético foi encontrado nas amostras de caudas crescidas. Em vez disso, o colágeno predominou, formando tecido de cartilagem. No entanto, os vasos sanguíneos e as terminações nervosas estavam bastante desenvolvidos.
Por que os crocodilos precisam de regeneração? Existem muitas respostas para esta pergunta, escolha qualquer, como dizem. Primeiro, os crocodilos não nascem com máquinas mortais de três metros. Consequentemente, em tenra idade, podem ser vítimas do ataque de grandes predadores e perder parte da cauda, de que ainda necessitam na idade adulta. Em segundo lugar, os crocodilos se distinguem por sua competição sangrenta. Quando dois machos lutam por uma fêmea ou por território, eles estão prontos para se separar, apenas para conseguir o que desejam. Membros quebrados e caudas arrancadas são lesões muito comuns durante uma luta. No primeiro caso, a glória da evolução, os ossos do crocodilo crescem juntos rapidamente. No segundo, a regeneração entra em cena.
Claro, as habilidades regenerativas dos crocodilos estão longe de serem ideais. No entanto, o próprio fato de essa espécie ter uma habilidade tão única levanta a questão - por que os pássaros a perderam? Em outras palavras, quando, no curso da evolução, algumas espécies decidiram abandonar completamente a regeneração, enquanto outras a mantiveram de alguma forma? As respostas a essas perguntas ainda não foram encontradas.
No momento, qualquer pesquisa sobre regeneração leva de uma forma ou de outra à medicina. As pessoas, infelizmente (e talvez felizmente), não têm uma regeneração tão forte como, digamos, lagartos ou hidras. Sim, nosso corpo é, em um grau ou outro, renovado ao longo do tempo no nível celular, mas isso é apenas regeneração fisiológica. Se pudéssemos obter regeneração reparadora, isso mudaria radicalmente não apenas a medicina, mas também a própria vida de uma pessoa como espécie.
No entanto, não se esqueça de que tudo na natureza acontece por uma razão. A evolução é, embora confusa, complexa e às vezes incompreensível, mas ainda um processo verificado, durante o qual tudo acontece por algum motivo. A natureza se assemelha a um castelo de cartas, onde um lugar específico é atribuído a cada espécie. Se um deles mudar abruptamente, o equilíbrio frágil pode ser perturbado e a casa pode desabar.
Muitas vezes, uma pessoa é associada ao progresso, cujo principal motor é a ciência, que costuma gerar muitos debates éticos. O que é bom para nós e o que é bom para o planeta, o que é certo e o que é lucrativo - essas questões surgem constantemente quando a comunidade científica é reabastecida com outra pesquisa ou descoberta incrível. Qualquer que seja a resposta a qualquer uma dessas perguntas, o poder do intelecto humano não pode ser negado. O principal é que seja direcionado na direção certa.
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