Знакомьтесь, аксолотль. Он заново отращивают любую часть своего тела

Он обладает суперспособностью заново отращивать практически любую часть своего тела от лап и хвоста до глаз, тканей сердца, спинного мозга и других органов. Он может размножаться, оставаясь ребенком. Он может вообще никогда не взрослеть - и проживет дольше. Да, у него хватает причин для улыбки - он хорошо приспособился.

Все начиналось с ацтеков

Один из объектов всемирного наследия ЮНЕСКО в Мексике - Сочимилько. Из здешнего озера выходят древние ацтекские каналы. По их глади скользят лодки с туристами, а в глубине вод живет древний и вечно юный эндемик озера - мексиканский аксолотль.

Изначально эти животные обитали в двух озерах, Чалько и Сочимилько, и были почитаемы ацтеками как божество: по одной версии, аксолотль назван по имени ацтекского бога смерти и разрушения, по другой - его название переводится как «водяная игрушка». Божественный статус, впрочем, не мешал аборигенам охотиться на них и использовать в пищу. Но это не было большой проблемой для аксолотлей - плодились они очень быстро. Гораздо быстрее, чем ацтеки.

Сложности у вида начались уже в наше время: озеро Сочимилько, последний приют диких мексиканских аксолотлей, постепенно мелеет - растущий Мехико требует все больше воды. Сейчас им присвоен статус вымирающего вида, и это притом что миллионы мексиканских аксолотлей благоденствуют и плодятся в аквариумах всего мира.

Взрослые дети

Аксолотль - не отдельный вид животного, а личинка хвостатой амфибии амбистомы. Но в отличие, например, от головастика (личинки лягушки) аксолотль может не превращаться во взрослую форму. Он даже может размножаться, оставаясь личинкой. Эта поразительная способность называется неотенией (от древнегреч. νέος - «юный» и τείνειν - «растягивать»). При неотении только половая система животного достигает взрослого уровня развития, а остальные органы остаются в личиночном состоянии.


Аквариумные аксолотли отличаются удивительным разнообразием окраски

У аксолотля большая голова с как будто постоянно улыбающимся ртом, полупрозрачная нежная кожа, покрывающая крепко сбитое тельце, гребень на спине, переходящий в хвостовую плавательную перепонку, слабые тонкие лапки и - главное украшение - роскошные внешние жабры в виде трех оперенных веток по бокам головы. Также эти создания дышат и через кожу, а аксолотли в возрасте обязательно имеют и простенькие легкие, которые могут усваивать кислород из воздуха (для амбистомы легкие становятся главным органом дыхания).

Выглядит аксолотль трогательно, как и положено детенышам. А его взрослая ипостась амбистома похожа на саламандру. Способ размножения у взрослых и детей один и тот же: самец откладывает компактные сперматофоры, а самка клоакой втягивает их в себя. Через сутки после внутреннего оплодотворения она выметывает на подводные растения крупные, с горошину, желеистые яйца, из которых через 20–30 дней вылупятся личинки.

Новорожденный аксолотль оснащен перистыми внешними жабрами, через неделю у него вырастут задние лапы, через три месяца - передние. На этом трансформации аксолотля могут закончиться, и тогда он не станет амбистомой, а могут и не закончиться, это как повезет.


Икра на поздней стадии: из нее вот-вот вылупятся юные аксолотли

Кстати, когда-то аксолотлей и амбистом описывали как разные виды и даже разные семейства. Но в 1867 году нескольких аксолотлей из холодного горного мексиканского озера привезли и выпустили в теплый, заросший кувшинками пруд Парижского ботанического сада. Часть первого же поколения их потомства сочла такие условия неприемлемыми, превратилась в амбистом и вылезла на сушу к неописуемому изумлению французских зоологов. Систематику хвостатых земноводных пришлось экстренно пересмотреть.

Переходный возраст

Почему аксолотли не взрослеют? Потому что им это не выгодно, утверждает наиболее популярная гипотеза. Лягушки и саламандры вынуждены выходить на сушу, так как мелкие водоемы, в которые они откладывают икру, мелеют и пересыхают. Аксолотли же живут в горных озерах с очень стабильными условиями: чистая холодная вода, постоянная кормовая база и минимум угроз. Какой смысл менять это благополучие на полную опасностей сушу?


Спустя несколько месяцев после рождения

Поэтому первая же случайная мутация, позволившая амбистомам не проходить метаморфоз и размножаться в воде, была поддержана естественным отбором и закреплена в генофонде. А их гипофиз стал вырабатывать слишком мало тиреотропного гормона для стимуляции щитовидной железы к производству гормона тироксина, который и должен запускать метаморфоз, но теперь без особого приглашения не запускает.

Кроме того, метаморфоз - очень энергозатратное предприятие. В воде аксолотль может прожить до 20 лет, но после превращения (особенно искусственно стимулированного) в амбистому живет существенно меньше. Перестройки органов и смена систем жизнеобеспечения - дорогое удовольствие, а природа, как известно, всегда старается сократить расходы.


В аквариумах всего мира проживает подавляющая часть земных аксолотлей, в природе их почти не осталось

Согласно другой гипотезе, аксолотли остаются детьми не от хорошей жизни, а из-за дефицита йода в горных водоемах их обитания. Мало йода - низкая активность щитовидной железы и недостаток тироксина. Но если поднять уровень гормонов, добавляя их в воду или корм, то аксолотлю волей-неволей придется попрощаться с детством.

В природе процесс перехода во взрослую форму запускается, только если условия меняются в худшую сторону. В неволе же многие особи полностью утратили способность к метаморфозу, и даже в плохих условиях скорее умрут, чем «повзрослеют». Особенно это касается лабораторных линий животных - ведь именно личиночная стадия представляет наибольший интерес для исследований. И разводить аксолотлей гораздо проще, чем добиваться потомства от взрослых амбистом.

Так что особи, подтвердившие на практике свою способность к метаморфозу, имеют мало шансов передать ее следующему поколению, и искусственный отбор закрепляет у аксолотлей постоянную неотению. Не исключено, что в будущем живущие в неволе (а других уже не останется) мексиканские аксолотли окончательно застрянут в детстве.

Органы на потоке

Пожалуй, мексиканский аксолотль - самое лабораторное животное: подавляющая часть его популяции живет в научных лабораториях. За что же ученые так их полюбили? Причин много.

За неприхотливость: содержать аксолотлей проще, чем большинство аквариумных рыб.
За плодовитость: неотения позволяет им стать половозрелыми уже в десять месяцев и приносить до полутысячи икринок три раза в год: бесценное качество для генетических исследований.
За крупные яйцеклетки: идеальный материал для опытов по эмбриональной трансплантации и пересадке ядер. На эмбрионах аксолотля удобно изучать первичную индукцию, процессы специализации тканей, развития органов чувств и пр.


Изображение аксолотля на стене Биологического института (Национальный автономный университет Мехико). Мексиканские биологи серьезно обеспокоены сокращением численности аксолотля в природе.

И конечно же, биологи всего мира обожают аксолотля за его главную тайну - невероятную способность к регенерации. Если аксолотль с чьей-нибудь помощью потеряет хвост, лапу или жабру, то через пару месяцев у него вырастет новый орган, ничуть не хуже старого. Это уникальная для позвоночного способность к репарационной регенерации. Ответ на вопрос, как аксолотлю это удается, может обозначить новую веху в медицине. Но пока что у нас есть только промежуточные результаты.

Например, открытие неожиданно важной роли клеток-макрофагов. Их функция традиционно сводится к пожиранию мертвых и чужеродных клеток, бактерий и прочих нежелательных агентов. Оказалось, что макрофаги аксолотля прибывают в рану быстрее, чем макрофаги млекопитающих. Если же его макрофаги блокировать, то вместо новой конечности у аксолотля образуется культя из рубцовой ткани, как и у нас. Ученые не исключают, что именно молекулы, выделяемые макрофагами, - ключ к регенерации органов.


Зона обитания мексиканского аксолотля (Ambystoma mexicanum)

А возможно, секрет регенерации аксолотля в его неотении. У взрослых амбистом отрезанное уже не восстанавливается. А у аксолотлей на месте ампутации возникают клетки, подобные клеткам зон роста конечностей у эмбрионов млекопитающих. Мы, люди, ведь тоже «умеем» восстанавливать утерянные органы, но только, увы, до рождения. И нас очень интересует, как аксолотлю удалось сохранить эту способность и после. Вполне возможно, мы сумеем применять ее на практике.

Ведь человек тоже довольно неотеническое существо. Мы на всю жизнь сохраняем многие черты и психическую активность, свойственные предкам-приматам только в детском возрасте. Наше стремление к открытиям, игривость и любопытство - с биологических позиций настоящее щенячество.

«Они не были человеческими существами, но ни в одном животном я не находил такой глубокой связи с собой», - писал в 1952 году аргентинец Хулио Кортасар в рассказе «Аксолотль». Пожалуй, мы неспроста видим в их бесстрастной улыбающейся личине свое отражение.

А теперь главное: Он умеет отращивать новое сердце и, возможно, научит этому людей

Аксолотли - маленькие водные саламандры, которые обладают суперспособностью заново отращивать практически любую часть своего тела от лап и хвоста до глаз, тканей сердца, спинного мозга и других органов. В новом исследовании ученые из Стэнфордского университета наконец разгадали тайну уникального восстановления у аксолотлей. Оказалось, что амфибии имеют отличную от других версию молекулы mTOR, которая при травмах запускает производство необходимых для регенерации белков. Результаты опубликованы в журнале Nature.



Специалисты пытаются найти способ сделать подобную регенерацию доступной и для человека: как для более эффективного заживления ран, так и для восстановления утраченных конечностей. По статистике, самые частые причины потери конечностей - это травмы (например, в результате ДТП), и болезни, как сахарный диабет, которые поражают сосуды. Сегодня проблему восстановления решают только с помощью протезирования.

В ходе экспериментов команда обратила внимание, что у аксолотлей «слишком много» молекул матричной РНК (мРНК), которые содержат генетические инструкции для производства белков. Хотя обычно у животных стресс, сопутствующий получению травмы, снижает выработку белка, чтобы сэкономить энергию.

Затем ученые выяснили, что клетки аксолотлей заранее создают запасы мРНК на трудные времена - эти хранилища объясняют скорость, с которой начинает происходить синтез белка. Но было неясно, что их активирует, заставляя прикрепляться к рибосомам после утраты части тела.

Оказалось, что большинство из накопленных мРНК имели последовательность нуклеотидов на одном конце, которая регулируется ферментом mTOR - компонентом одноименных белков. Ученые сравнили белок mTOR аксолотля и других млекопитающих: известно, что у людей и мышей он активируется для выработки белков только при избытке питательных веществ. Однако у аксолотлей после повреждения клеток mTOR сверхчувствительно реагировал даже на небольшое количество питания и «включал» клеточные фабрики по производству белков.

Обнаружение этого генетического изменения было шоком, так как mTOR - древний фермент, который одинаков практически во всех организмах. Но у аксолотлей ученые наблюдали эволюцию новых последовательностей и структуры, которая изменила их фундаментальные свойства. Сочетание запасов готовых мРНК с особым высокочувствительным белком mTOR в итоге приводит к тому, что после получения сильного повреждения аксолотли могут быстро вырабатывать белки для восстановления нужных тканей.

Хотя mTOR чувствителен к стимуляции, он не гиперактивен - не активнее, чем у млекопитающих. Это важно, так как гиперактивность данного белка ведет к росту раковых опухолей. У mTOR аксолотлей она отсутствует, в результате чего они устойчивы к онкозаболеваниям.

По словам авторов, это открытие - шаг вперед в понимании того, как можно манипулировать путем mTOR, чтобы развивать регенеративный потенциал у людей.

«Мы маленькие дети, нам хочется гулять»: причуды неотении в природе

Можно ли сохранить молодость, став взрослым? Итак, на примере аксолотля мы поняли, что можно. Но в природе встречаются и другие подобные примеры - оставаясь «детьми», животные могут успешно размножаться. Термин «неотения» (явление вечного детства) используется для описания сохраняющихся у взрослых организмов черт детенышей.



Да, аксолотль - классический пример неотении. Этого очаровательного обитателя Нового Света местные индейцы считали воплощением божества грома. Миф гласил, что громовержец превратился в водяного дракона, дабы обмануть других богов. В Европе ученые признали аксолотля новым видом амфибий, а натуралисты-любители покупали аксолотлей для аквариумов.


Амбистома

Открытие о способности этих существ менять свой облик было сделано только в 1863 году, когда несколько аксолотлей привезли в Париж и выпустили в водоем Сада растений. Вскоре зоолог Огюст Демериль обнаружил, что один из новых питомцев превратился в животное вроде саламандры. Так случайно выяснилось что аксолотль - личинка амбистомы, а не отдельный вид. Только в неблагоприятных условиях он проходит через ряд метаморфоз: лишается жабр, меняет цвет и утрачивает свой очаровательный вид.


Двинозавр

Неотения встречается и у других земноводных. Например, неотеническим видом признан и обитающий в пещерах протей. Правда, он, в отличие от своих сородичей, не может превратиться во взрослую особь. Неотеническими животными были и доисторические земноводные - двинозавры. Они, подобно аксолотлю, дышали жабрами, а некоторые части их скелета имели неполное окостенение.

Ещё примеры неотении у животных:

● Сирены - амфибии, которые полностью отказались от стадии взрослой жизни. Сохраняют личиночные характеристики, включая жабры, на протяжении всей жизни. Обитают в водоемах Северной Америки и ведут малоподвижный образ жизни, оставаясь в одном месте неделями.

● Голый землекоп - грызун, обитающий в Восточной Африке. Обладает более чем 40 признаками «новорождённости»: отсутствием шерсти, маленьким весом, отсутствием ушных раковин и высокой регенеративной способностью нейронов.

● Некоторые насекомые - отдельные виды тлей и других насекомых способны к партеногенетическому (бесполому) размножению уже на ранних стадиях развития.

Неотения играет важную роль в эволюции, позволяя видам адаптироваться к специфическим условиям среды. Сохраняя личиночные черты, организмы могут использовать ресурсы, недоступные взрослым особям, и избегать конкуренции.

* * *
Явление, аналогичное неотении, наблюдается у некоторых растений. Например, генеративные органы (цветки) формируются на ювенильных побегах, имеющих отличные от взрослых растений листья. Также неотенией называют переход у растений ряда групп от древовидных форм к травянистым (ярусная неотения) - выпадение конечных стадий развития.

Добродушные лисы

Одомашненные лисы на звероферме ИЦиГ СО РАН

В 1950-х годах советский генетик Дмитрий Константинович Беляев начал необычный эксперимент по одомашниванию лисиц. Он хотел проверить гипотезу о том, что в далеком прошлом одомашниванию подвергались животные, которые терпимо относились к человеку. Естественный отбор поддерживал это качество, а потом человек при помощи искусственного отбора усилил его. Одомашнивание при этом сопровождалось не только изменением поведения, но и внешнего вида животных.

Вместе со своей помощницей Людмилой Трут Беляев годами отбирал только тех лисиц, которые проявляли доверчивость к человеку. В итоге им удалось вывести абсолютно ручных животных, схожих по поведению с собаками. Эти лисы сильно изменились и внешне: их морды стали короче, хвосты лихо закрутились, а на теле появились белые пятна. В общем, они стали похожи на щенков. Беляев подтвердил, что гены, отвечающие за поведение, связаны с контролем других процессов.

Добродушные и привязанные к человеку лисы выглядели и вели себя как детеныши. Причем эти особенности у них сохранялись до самой старости, тогда как у диких лисиц эти черты исчезают по мере взросления, и животные становятся осторожными и нелюдимыми.

Ссылаясь на опыты Беляева, многие ученые небезосновательно полагают, что неотения играла важную роль в доместикации многих видов животных, а также в их эволюции.

А как же человек?

Прирученные звери, сохраняющие детские черты, во многом напоминают своих хозяев. Люди в сравнении со своими ближайшими родственниками обезьянами в чем-то тоже похожи на сохранивших детские черты приматов. Многие из нас до конца жизни играют, сохраняют интерес к новому, проявляют любознательность.

При этом взрослые самцы шимпанзе, орангутанов или горилл с возрастом становятся угрюмыми, а при случае стараются продемонстрировать свою силу. Практически любой представитель нашего вида рядом с ними смотрится как подросший обезьяний детеныш.

В связи с этим некоторые антропологи и биологи рассматривают гипотезы о влиянии неотении на эволюцию человека. По их мнению, отбор на снижение агрессивности влиял на сохранение у людей детских черт. В результате нас отличают от обезьян высокий лоб, изящное лицо, слабо развитый в сравнении с обезьянами волосяной покров. Эти гипотезы вызывают возражения ряда специалистов, но сама идея о том, что мы приматы, сохранившие молодость, не лишена привлекательности.