Регенерация

Важный процесс, при котором организм регенерирует сам. Этот процесс, если организм разрезать на одну или несколько частей, то он может вернуться в исходное состояние с помощью специализированных клеток, известных как стволовые клетки . Для регенерации организм должен иметь очень простую структуру с несколькими специализированными клетками. Это может произойти у животных, растений, насекомых, птиц, людей и т. д. Например , у ящериц, гидр, морских звезд, мышей, планарий и т. д.

Типы регенерации

• Репаративная регенерация: эта регенерация восстанавливает определенные клетки, но только в определенных ситуациях. Эта регенерация включает в себя заживление ран и восстановление поврежденных тканей. Когда происходит травма или травма, только в этом случае сработает репаративная регенерация. Эта регенерация обычно наблюдается как у позвоночных, так и у беспозвоночных. Пример: Часть печени человека регенерирует после ее удаления.
• Восстановительная регенерация: эта регенерация восстанавливает все тело или утраченные части тела. Эта регенерация включает замену утраченных тканей специализированными тканями. Эта регенерация обычно больше наблюдается у беспозвоночных по сравнению с позвоночными. Пример-
  • Регенерация планарии (регенерация всего тела)
  • Регенерация хвоста ящерицы (регенерация утраченной части тела).

Механизм регенерации

Согласно Т. Х. Моргану, у животных наблюдаются четыре механизма:

Морфаллаксис

• Этот механизм включает регенерацию всего тела животного из мелких частей путем реорганизации существующих клеток. В морфаллаксисе регенерация происходит за счет изменения структуры текущих тканей и небольшого роста.
• Встречается у различных растений, животных и даже человека.
• на морфаллаксис влияют различные факторы, такие как температура, pH, продукты выделения и т. д.
• Пример: Гидра

Механизм морфоза

В механизме используется регенеративное ремоделирование тканей. Это делает возможным как рост новых тканей, так и перестройку органов тела в измененных пропорциях. Создание правильной регенерации головы и ног регулируется серией градиентов, наблюдаемых у гидр. Градиент стопы позволяет формировать базальный диск только в одном месте, в то время как градиент головы позволяет формировать головку только в одном месте. Полярность гидры действует как драйвер градиента. Гипостом области головы предотвращает развитие другой гипостомы. Из-за этого у гидры не может вырасти две головы.

Морфоз в гидре

Пресноводные книдарии длиной около 0,5 см называются гидрами. Тело гидры короткое, трубчатое. У гидр ступня состоит из базального диска, а голова состоит из области гипостомы. Рот и щупальца, расположенные на головном отделе гидры, служат для захвата и поедания добычи. Базальный диск, позволяющий гидре прикрепляться к камням и другим предметам, расположен в стопном отделе гидры. Компонент ноги гидры может регенерировать и производить новую голову с областью гипостомы, в то время как головная часть может обновляться и образовывать новую ногу с базальным диском. Голова и нога гидры все равно разовьются, если их разрезать на более мелкие части в соответствующих местах гидры, согласно средним частям. Это не связано с клеточным делением и приводит к уменьшению гидры, воссозданной посредством морфаллаксиса.

Эпиморфоз

• Этот механизм включает замену утраченных органов в организме путем образования новых клеток из поврежденной части тела.
• Дедифференцировка взрослых структур создает недифференцированную массу клеток, которая позже повторно дифференцируется для создания новых структур.
• Встречается как у позвоночных, так и у беспозвоночных.
• Примеры: морская звезда, планария, конечности земноводных и т. д.

Эпиморфоз у позвоночных

В основе процесса эпиморфоза позвоночных, проявляющегося в регенерации конечностей саламандр, лежит развитие бластемы, позволяющей клеткам размножаться в новые ткани.

Регенерация конечностей у саламандр

Клетки эпидермиса, находящиеся рядом с раневым участком, сначала мигрируют в рану и покрывают ее. Мезенхимальные ткани культи конечности высвобождают ММР, способствуя утолщению тканей раны (апикальный эктодермальный колпачок), что приводит к формированию кончика культи. Зона прогрессирования восстанавливается, потому что нервы рядом с раной дегенерируют. В результате этого дедифференцируются клетки, например, в костях, хрящах и других тканях. Высвобождение фактора роста фибробластов апикальной эктодермальной шапочкой способствует возврату развития конечностей к эмбриональной стадии. Только хрящевые клетки могут регенерировать новую хрящевую ткань, и только костные клетки могут создавать новую костную ткань, и то же правило применимо ко всем другим типам тканей вблизи разреза. Воплощение происходит, когда дистальная часть конечности развивается и начинает взаимодействовать с исходной частью, создавая промежуточную часть конечности. Новая конечность создается в области ампутированной конечности после завершения всех этих процедур.

Подробное объяснение регенерации конечностей саламандр.

• Саламандры регенерируют свои конечности в несколько взаимосвязанных фаз.
• Эпидермальные клетки в непосредственной близости от области раны рекрутируются от нескольких часов до суток после ампутации конечности, чтобы покрыть рану. В области раны должно быть достаточно нервов для проведения этой операции. Когда это происходит, развивается структура, известная как эпидермис раны.
• Основная функция эпидермиса раны — препятствовать попаданию мусора в рану.
• Апикальный эпителиальный колпачок (АЭК), напоминающий почку на поверхности места ампутации, представляет собой структуру, которую со временем создает эпидермис раны по мере своего роста. Поскольку он выделяет различные гормоны роста, которые способствуют росту конечностей, AEC имеет решающее значение для регенерации. К числу этих элементов относятся факторы роста фибробластов (FGF), которые присутствуют у многих существ, включая человека, и часто участвуют в заживлении тканей у взрослых организмов.
• Шванновские клетки, местный хрящ, мышцы и другие ткани, находящиеся ниже эпидермиса раны, подвергаются гистолизу, что приводит к дедифференцировке клеток. Обратная дифференцировке, дедифференцировка клеток — это процесс, при котором клетки, ранее трансформировавшиеся в специализированный тип клеток, возвращаются в недифференцированную форму.
• Саламандры регенерируют из мезенхимальных стволовых клеток, которые могут развиваться в различные типы клеток, такие как кости, жир и хрящи. В процессе дедифференцировки клеток образуется популяция мезенхимальных стволовых клеток, которые мигрируют к поверхности раны и застывают в регенерационной бластеме, конусообразной массе клеток.
• Из-за своей сложности и того факта, что он различается для разных типов тканей, процесс дедифференцировки до сих пор полностью не изучен. Понижающая регуляция генов, способствующих дифференцировке, и повышающая регуляция генов, специфичных для эмбриона и регенерации, однако, являются общими характеристиками, наблюдаемыми во всех случаях дедифференцировки.
• Кроме того, матриксные металлопротеиназы вызывают гистолиз этих клеток перед дедифференцировкой (ММП). MMP — это ферменты, которые могут расщеплять белки внеклеточного матрикса, такие как коллаген, которые обеспечивают соседним клеткам их структурную поддержку. Кроме того, MPP помогают поддерживать и развивать бластему в целом, предотвращая образование рубцов.
• Пока конечность полностью не восстановится, бластема со временем расширяется дистально в результате пролиферации мезенхимальных стволовых клеток. Высвобожденные вещества AEC помогают в этом.
• Нейротрофические факторы, продуцируемые клетками бластемы во время этой фазы, способствуют регенерации сенсорных и двигательных нейронов. По мере роста бластемы ее клетки начинают повторно дифференцироваться в тканевые клетки, уникальные для конечности, которая восстанавливается, и процесс структурной перестройки конечности продвигается вперед.
• Считается, что исходные клетки конечности в месте повреждения обладают позиционной памятью своего расположения по трем осям конечности, которая передается клеткам бластемы при их повторной дифференцировке, позволяя им мигрировать в правильное положение в новой конечности.
• К этим трем осям относятся проксимально-дистальная, передне-задняя и дорсально-вентральная оси. Регенерация структуры конечности управляется повторной экспрессией нескольких онтогенетических генов, включая НОХ-гены, что обеспечивает соответствующую дифференцировку бластемных клеток до тех пор, пока они не будут полностью реконструированы.

Эпиморфоз у беспозвоночных

Некоторые виды тараканов являются беспозвоночными животными, которые могут восстанавливать утраченные органы или части тела. Примеры включают регенерацию частей тела у планарий, регенерацию задних сегментов у головчатых и регенерацию конечностей у американских тараканов.
Планария размножается бесполым путем путем регенерации. Тело планарии делится на части и используется в этом процессе размножения для регенерации в новую планарию. Всего за несколько недель очень небольшая часть планарии может переродиться в целый организм. Благодаря плюрипотентным стволовым клеткам клетка в зоне разреза размножается с образованием бластемы и развивается в новую ткань. Поскольку стволовые клетки в тканях включают более 20% клеток исходного организма, они могут продуцировать все типы клеток, которые требуются новым организмам планарии. Старые клетки заменяются этими взрослыми стволовыми клетками, которые являются единственными пролиферирующими клетками в разрушенном теле.

Опосредованная стволовыми клетками регенерация

• Стволовые клетки позволяют организму восстановить определенные органы или ткани, которые были утрачены.
• Пример - непрерывная замена клеток крови гемопоэтическими стволовыми клетками.

Компенсаторная регенерация

• Дифференцированные клетки делятся, сохраняя свои отличительные характеристики.
• Как стволовые клетки, так и дедифференцировка зрелых клеток не дают новых клеток.
• Масса недифференцированной ткани не образуется, и каждая клетка создает клетки, сравнимые с самой собой.
• Так часто регенерирует печень млекопитающих.

Является ли регенерация методом воспроизводства?

Нет, регенерация не является методом размножения, поскольку она включает в себя процесс, в котором новые организмы формируются из отдельных организмов, но большинство организмов не будут ждать, пока они сломаются или разрежутся на части для размножения.

Какие организмы могут регенерировать?

Это включает в себя:

• Членистоногие. Многие членистоногие могут регенерировать свои конечности и другие придатки, вызванные травмой.
  • Паукообразные, включая скорпионов, могут регенерировать свой яд.
  • Плодовая мушка Drosophila melanogaster может регенерировать свой кишечник и зародышевую линию.
• Аннелиды - они могут регенерировать заднюю и переднюю части тела даже после деления пополам по широте.
• Иглокожие — морские звезды, морские огурцы, морские ежи и многие другие подпадают под эту категорию. Они могут регенерировать свои поврежденные придатки, внутренние органы, некоторые отделы центральной нервной системы.
• Планарии ( Platyhelminthes ) — включает планарий, которые могут регенерировать утраченные части тела.
• Земноводные - они могут регенерировать свои хвосты, челюсти, конечности и сетчатку. К ним относятся лягушки и четвероногие.
• Гидра –
  • Они могут регенерировать голову и базальные части тела.
  • Они могут регенерировать ткани, вырезанные из области желудка.
  • Если гидру разрезать на две равные части, то она может переродиться в новую гидру примерно такого же размера.
• Aves (птицы) — некоторые птицы могут восстанавливать свои перья.
• Млекопитающие –
  • Люди - могут регенерировать свои утраченные ткани или органы. (Только определенные ткани и органы)
  • Самцы оленей могут регенерировать свои рога ежегодно.
  • Мыши - могут регенерировать поврежденные ткани, волосяные фолликулы, мех и кожу.
• Рептилии — ящерицы, крокодилы и многие другие подпадают под эту категорию. Ящерица обладает самой высокой регенеративной способностью по сравнению с другими.
  • Регенерация хвоста ящерицы
  • Регенерация крокодило-челюстной кости.
• Chondrichthyes — леопардовые акулы, бамбуковые акулы и многие другие акулы попадают в эту категорию.
  • Леопардовые акулы регенерируют свои зубы каждые 9-12 дней, потому что их зубы развивались в костной полости.
  • Бамбуковые акулы регенерируют две трети своей печени.
  • Другие акулы могут регенерировать свою чешую и даже повреждать кожу.

Важность регенерации

• Поврежденные ткани многих живых организмов легко регенерируют.
• Не только ткани, но и ящерицы, планарии и многие другие организмы могут регенерировать части своего тела.
• В случае с акулами зубы могут регенерироваться у леопардовых акул и печень у бамбуковых акул.
• Многие земноводные могут регенерировать свои хвосты, конечности, сетчатку и хвост.
• Даже птицы, утратившие свои черты, могут восстанавливать свои черты путем регенерации.

Часто задаваемые вопросы о регенерации

Вопрос 1: Дайте определение регенерации.

Отвечать:

An important process in which an organism regenerates itself With this process, if an organism is cut into one or more pieces, then it can get back to its original state with the help of specialized cells known as stem cells.

Вопрос 2: У человека какой орган регенерирует?

The liver regenerates itself when it gets damaged. 

Вопрос 3: Какие механизмы имеют место у гидры?

Отвечать:

Morphallaxis takes place in hydra.

Вопрос 4: Назовите организмы, способные к регенерации.

Отвечать:

Organisms that can regenerate includes starfish, planaria, starfish, lizard, mice, human, etc.

Вопрос 5: Регенерируют ли змеи свой хвост, как ящерица?

Отвечать:

No, the snake is a reptile but it can’t regenerate its tail like a lizard.