Siendo un niño tonto, agarré un lagarto por la cola y, queriendo mostrar mis habilidades de caza, decidí mostrárselo a mi madre. El lagarto ese día no estaba listo para expandir su círculo social, por lo que dejó caer la cola y desapareció en la hierba. Y aquí estoy parado en medio del jardín con una cola moviéndose sin su dueño en mis manos, sin entender lo que había sucedido. Este sorprendente evento infantil es un excelente ejemplo de comportamiento adaptativo y regeneración reparadora. Una persona también tiene regeneración, pero no reparadora, sino fisiológica (capa externa de la piel, uñas, cabello, etc.). Pero las salamandras son consideradas las maestras de la regeneración, capaces de volver a crecer cualquier miembro perdido. Sin embargo, están lejos de ser los únicos propietarios de este regalo único. Por ejemplo, hidras, un género de celentéreos sésiles de agua dulce,pueden recuperarse casi por completo incluso después de cortarse en pedazos. Un grupo de científicos de la Universidad de Arizona (EE. UU.) Constató que el caimán de Mississippi también tiene regeneración reparadora. ¿Cómo es el proceso de recuperación en los caimanes, qué tan diferente es su regeneración de otros organismos y existen diferencias entre la extremidad original y la regenerada? Encontraremos respuestas a estas preguntas en el informe de los científicos. Vamos.
Base de investigación
La regeneración es inherentemente una habilidad bastante común. Sin embargo, su fuerza y funcionalidad difieren entre especies, familias y géneros de organismos vivos. Por ejemplo, los reptiles no aviares son el único grupo que regenera estructuras complejas de múltiples tejidos (por ejemplo, la cola), mientras que los mamíferos y las aves muestran una capacidad muy limitada para regenerarse en la edad adulta (la regeneración embrionaria no se consideró en este trabajo).
A diferencia de los vertebrados con regeneración, la mayoría de los mamíferos experimentan un largo proceso de curación y reparación de los tejidos dañados después de una lesión. Este proceso conduce a la formación de tejido cicatricial, que reduce la funcionalidad y la sensibilidad y aumenta el riesgo de infección. En otras palabras, el proceso de curación de heridas en el cuerpo humano no puede llamarse regeneración.
Para comprender el mecanismo de regeneración, primero se debe comprender su esencia, es decir, por qué es necesario. Por el momento, el principal motivo de la aparición de regeneración en algunos animales es la influencia de los depredadores. Entre muchas especies de peces óseos, renacuajos sin cola, anfibios marinos y reptiles no aviares, la depredación subletal está muy extendida, cuando la presa tiene una cierta posibilidad de evitar la muerte, aunque sufre daños graves. Como resultado, algunas especies de salamandras y lagartos han desarrollado la capacidad de autotomizar * su cola como táctica para evitar a los depredadores.
Autotomía * : la capacidad de un animal de desprenderse de cualquier miembro por su propia cuenta en caso de peligro o en vista de algún estímulo externo.Dicho esto, dejar caer la cola no es el ejemplo más extremo de autotomía. Los ratones águila ( Acomys ) literalmente se desvían de su camino en caso de peligro. Estos increíbles roedores son capaces de regenerar completamente la piel (incluidos los folículos pilosos, la dermis, etc.) e incluso las orejas (es decir, el tejido del cartílago).
Para obtener más información sobre la autotomía de los ratones de aguja, consulte el trabajo de científicos de la Universidad de Kentucky.
La regeneración o no es un tema extremadamente importante para muchas especies en el curso de la evolución, ya que esta habilidad tiene ventajas y desventajas. Por un lado, existe la posibilidad de evitar la muerte en los dientes de un depredador. Por otro lado, la pérdida de una extremidad debido a la autotomía puede afectar en gran medida la movilidad, la conservación de energía e incluso la selección sexual durante la temporada de reproducción. Por lo tanto, la especie debe determinar por sí misma qué es más importante para ella en tal situación.
La pérdida o ausencia inicial de regeneración en muchos mamíferos está asociada con el desarrollo de un sistema inmunológico especializado, una mayor regulación del ciclo celular o el desarrollo de endotermia. Procesos como la disminución de la respuesta a la lesión, la formación de una epidermis especializada en el área de la herida, la remodelación de la matriz extracelular, la reinervación y reactivación de las vías de desarrollo conservadoras son comunes para los vertebrados capaces de regenerarse. Esto indica la presencia de un núcleo común de la capacidad regenerativa de diferentes especies. Por otro lado, la capacidad regenerativa de los apéndices de los vertebrados varía mucho y puede considerarse como un espectro con diferentes mecanismos de activación, características funcionales y grado de regeneración.
Imagen №1: distribución de las capacidades regenerativas en diferentes animales.
Por ejemplo, peces del género Danio ( Danio ), axolotl y renacuajos de ranas Xenopus son capaces de restaurar estructuras que son casi idénticas a los apéndices originales. Las ranas Xenopus adultas muestran una regeneración no idéntica. Y la gran mayoría de los mamíferos no reemplazan en absoluto las extremidades perdidas.
Las características físicas del individuo también afectan la capacidad regenerativa del animal: tamaño corporal, edad, etapa del ciclo de vida, etc. Hay muy pocos datos sobre estos aspectos. Hasta ahora, se sabe que el aumento del tamaño corporal puede ralentizar la curación de las extremidades del tritón, y las diferentes etapas del ciclo de vida afectan la regeneración de las ranas Xenopus .
Volvamos a nuestros carneros, más precisamente a los reptiles. Dada su diversidad de especies, los representantes de esta clase viven en diferentes partes del planeta, por lo que existen una serie de diferencias en las características fisiológicas, conductuales y morfológicas.
Si consideramos la cola, es bastante obvio que esta extremidad es de gran importancia para el movimiento, la conservación de energía y la selección sexual. El hábitat de esta o aquella especie en el curso de la evolución ha influido fuertemente en la estructura de la cola y, en consecuencia, en sus capacidades regenerativas.
Los reptiles están representados por tres infraclases existentes: Neodiapsida , que incluye tortugas; Archosauromorpha (cocodrilos y pájaros); Lepidosauromorpha , es decir escamoso (lagartos, serpientes).
Hacer crecer una nueva rama para una salamandra no es difícil, pero lleva mucho tiempo.
Los lagartos, como sabemos, pueden mudar su cola y hacer crecer una nueva que es anatómicamente diferente de la original. El endoesqueleto principal de la cola de lagarto regenerada consiste en un tubo cartilaginoso no segmentado que encierra el ependimo y los axones descendentes centrales. Durante la regeneración de la cola, no se forman nuevas neuronas; en cambio, los axones de recrecimiento se originan a partir de neuronas ubicadas en la médula espinal y los ganglios de la raíz dorsal, que se originan en el muñón de la cola. Además, el músculo esquelético regenerado forma fibras longitudinales que están ubicadas radialmente alrededor del tubo cartilaginoso y no tienen organización.
Las serpientes no reemplazan una cola perdida debido a una lesión, pero los Tuatars (un género de reptiles Sphenodon , que vive exclusivamente en Nueva Zelanda) desarrollan un endoesqueleto cartilaginoso (como los lagartos), pero los músculos esqueléticos son mínimos o están ausentes. La mayor parte de la cola que ha vuelto a crecer del tuátara consiste en tejido conectivo denso que se asemeja al tejido fibroso.
A partir de estos ejemplos, se hace evidente que la regeneración de la cola no es exclusiva de ninguna especie y que el proceso de restauración de una extremidad perdida es diferente.
Tener un caimán en casa no es una buena idea, y este es el motivo.
Es bastante obvio que ha habido sugerencias de que los cocodrilos modernos (caimanes, caimanes, cocodrilos y gaviales) también tienen habilidades regenerativas. La investigación en esta área se llevó a cabo de manera bastante superficial, por lo que hasta ahora no había una descripción completa del proceso. Por lo tanto, en este trabajo, los científicos decidieron considerar en detalle cómo el cocodrilo en la cara del caimán de Mississippi es capaz de hacer crecer la cola perdida.
Resultados de la investigacion
Utilizando datos anatómicos e histológicos, los científicos llevaron a cabo un análisis comparativo de los tejidos de los segmentos de la cola originales y regenerados ubicados cerca de la unión del caimán de Mississippi.
Imagen # 2
Los segmentos originales de la cola fueron cubiertos con escamas rectangulares no superpuestas y placas dorsales dispuestas en filas transversales ( 2a - 2c ). Las escamas dorsales eran irregulares y más oscuras en comparación con las escamas ventrales ( 2a - 2f ). Entre las muestras analizadas, solo la muestra A01 mostró escudos dorsales emparejados, lo que indica que A01 recibió una lesión más proximal (más cercana al centro) ( 2d).
Las radiografías mostraron que cada vértebra caudal proximal correspondía a una fila de escamas y tenía espinas alargadas (procesos dorsales que forman parte de la cresta) y papófisis (procesos de la vértebra en el lado ventral, es decir, abajo) ( 2g - 2i ).
La vértebra caudal, localizada inmediatamente proximal al supuesto sitio de la lesión, carece de estos procesos dorsales y presenta fisuras óseas, lo que indica el resultado de su remodelación ( 2g - 2i ).
Como muestra de control, se analizó la cola de una hembra joven, en la que no hubo daño. El esqueleto axial de los caimanes consta de 65 vértebras, de las cuales 38 a 41 son caudales (abreviadas como vértebras Ca ). En la muestra A00, se identificaron un total de 40 vértebras caudales.
Las vértebras caudales 1-14 tienen procesos transversales, lo que es consistente con estudios anatómicos previos. La columna vertebral se extendió a lo largo de toda la cola y los procesos vertebrales se estrecharon gradualmente hacia el extremo distal. Además, cada vértebra caudal correspondía a un segmento de escala con
placas dorsales emparejadas que terminaban en el segmento 18. Dado que solo A01 exhibe placas dorsales emparejadas en el segmento de cola original ( 2d ), los científicos han sugerido que este individuo ha perdido aproximadamente la mitad de la cola posterior (por así decirlo, trasera). Las muestras A02 y A03 mostraron solo escudos dorsales simples en el segmento de cola original. Esto indica que la cola se ha truncado distal al segmento 18 ( 2e y 2f ). El conteo de las filas de escamas permitió aclarar la posición de la lesión en A02 y A03: el truncamiento estaba cerca de las vértebras 24 y 20, respectivamente.
Dado que las vértebras de los cocodrilos no tienen áreas especializadas para la autotomía, la pérdida de una parte de la cola provocó una lesión o un defecto de nacimiento, y no se tiraron, como en los lagartos.
Imagen No. 3
En la siguiente etapa del estudio, se prestó atención a la anatomía e histología de los músculos esqueléticos de la cola original.
Alrededor de la columna vertebral hay un gran volumen de músculos, divididos por la mitad por un tabique horizontal grueso en secciones separadas epaxial (ubicado en el lado dorsal del eje) e hipaxial (ubicado en el lado ventral del eje) ( 3a y 3b ).
Los músculos epaxiales estaban formados por M. longissimus y M. transversospinalis , que estaban separados por un tabique dorsal intermuscular ( septum intermusculare dorsi ). Mientras M. longissimusocupó la mayor parte del área epaxial, M. transversospinalis era relativamente delgado.
La región hipaxial está formada exclusivamente por los músculos M. ilio-ischiocaudalis ( 3a y 3b ), que generalmente se complementan con M. caudofemoralis en la región proximal de la cola. Cabe señalar que se esperaba la ausencia de M. caudofemoralis en las muestras estudiadas , ya que el daño a la cola fue distal a la ubicación de los procesos transversales y M. caudofemoralis .
La tinción con hematoxilina y eosina (H&E) de las secciones transversales del músculo proximal reveló haces de fibras musculares homogéneas rodeadas por una membrana basal ( 3c y 3d ).
El estudio inmunohistoquímico (IHC) mostró que el músculo contiene principalmente fibras de tipo II * ( 3e - 3h ).
Las fibras musculares de tipo II * son fibras musculares de contracción rápida necesarias para ráfagas de energía cortas y potentes, es decir, para acciones a corto plazo de alta intensidad.
Imagen №4 Al
comprender en qué consiste la cola de un cocodrilo sano, los científicos comenzaron a analizar la cola que había vuelto a crecer y a compararla con la original.
Los cocodrilos pueden crecer (regenerar) su cola, pero no otras extremidades. La longitud media de las colas que han vuelto a crecer es de 15,7 ± 7,3 cm; alrededor del 6-18% de la longitud total del cuerpo. Al mismo tiempo, es bastante sencillo determinar los segmentos recrecidos por su morfología externa.
Las escamas de la cola que ha vuelto a crecer difieren en color y patrón en relación con la cola original. Pequeñas escamas negras se distribuyeron uniformemente alrededor de la circunferencia de la cola regenerada, que carecía de escudos dorsales ( 4a - 4d). Estas escamas se adhirieron firmemente al tejido subyacente. Un examen más detallado de la piel de la cola regenerada mostró la presencia de todas las capas típicas de la epidermis y la dermis ( 4i ).
La radiografía mostró que no había hueso en el segmento vuelto a crecer de la cola, pero se encontró la presencia de una estructura en forma de varilla ( 4e - 4g ). En una muestra (A04), esta estructura estaba presente en la cola regenerada, que sobresalía de la superficie dorsal de la cola original ( 4h ). Es muy probable que esta situación se deba a una lesión que no provocó la amputación completa de la cola.
Imagen No. 5
Este espécimen también carecía del extremo distal de la cola y estaba presente un pequeño segmento regenerado. La resonancia magnética confirmó la presencia de una estructura en forma de varilla, hueca y no segmentada ( 5a ) con agujeros distribuidos a lo largo de la cola ( 5b - 5e ).
Los científicos señalan que anteriormente se encontraron agujeros similares en la cola regenerada en el lagarto verde ( Lacerta viridis ), y sirven como canales para el recrecimiento de vasos sanguíneos y axones. En la cola del cocodrilo, la estructura en forma de varilla estaba ubicada ventralmente ( 5c - 5f ).
Imagen No. 6
El examen histológico de la estructura del endoesqueleto confirmó que está compuesto de cartílago en lugar de hueso. La tinción de tejido tricrómico reveló una matriz extracelular rica en colágeno (MEC) avascular que estaba escasamente poblada con condrocitos redondos grandes incrustados en las lagunas * ( 6a y flechas negras en 6b ).
Lagunas * : espacios entre los tejidos.Los condrocitos más cercanos a la interfaz entre el cartílago y el tejido conectivo circundante eran más pequeños y más densos (flecha blanca en 6b ).
Mediante IHC usando colágeno COL2A1, fue posible identificar la región ( 6c y 6d ) que separa el cartílago del tejido conectivo suprayacente. No se encontraron formaciones similares en las muestras de control ( 6e y 6f ).
Imagen # 7 La
disección mostró que el músculo esquelético estaba ausente en el segmento que había vuelto a crecer de la cola, y la inmunotinción con un anticuerpo que reconoce un marcador celular específico del músculo lo confirmó ( 7ay 7b versus 3e y 3f ).
El examen histológico reveló un exceso de colágeno cutáneo, así como una densa red de tejido conectivo fibroso desigual que estaba escasamente poblado con células mononucleares ( 7c y 7d ). La red de fibras entrelazadas se tiñó de rojo con Picrosirius Red. De esto se deduce que se basa en colágeno ( 7e y 7f ) .
También se encontró que las fibras más grandes pertenecen al colágeno tipo I y las más pequeñas al colágeno tipo III ( 7gy 7h ). Se observó un patrón similar en todas las muestras. La única diferencia se encontró en la muestra A03 ( 7i ), donde estaban presentes grandes bolsas de adipocitos (tejido adiposo).
La cola que volvió a crecer tenía muchos axones y vasos sanguíneos de varios tamaños. Los haces de nervios, representados por axones en una vaina de tejido conectivo, a menudo estaban muy próximos entre sí ( 7i y 7j ). Dada la falta de músculo esquelético, se puede suponer que estos procesos nerviosos están involucrados en la percepción sensorial más que en las habilidades motoras.
La identificación de los vasos sanguíneos se realizó por sus características distintivas, como la presencia de un lumen revestido de células endoteliales y en ocasiones de músculo liso ( 7k ). Además, se encontraron eritrocitos en las luces de los vasos más grandes, que en los reptiles tienen una forma elíptica con un núcleo ubicado en el centro ( 7l ).
Para un conocimiento más detallado de los matices del estudio, le recomiendo que consulte el informe de los científicos y materiales adicionales .
Epílogo
La regeneración es una habilidad asombrosa, pero controvertida, que no es inherente a todos los organismos vivos de la Tierra. A primera vista, la regeneración tiene raíces funcionales comunes; sin embargo, tras un examen detallado, resulta obvio que existen diferentes mecanismos de su trabajo.
En este trabajo, los científicos examinaron las habilidades regenerativas de los caimanes de Mississippi. Al igual que los lagartos, estos formidables depredadores son capaces de crecer su propia cola. Sin embargo, la pérdida de esta extremidad no se produce por voluntad propia (es decir, no es un ejemplo de autotomía), sino que es el resultado de un trauma. El proceso mismo de restaurar la cola perdida lleva muchos meses, y el resultado es muy diferente al original en apariencia y composición estructural. No se encontró músculo esquelético en las muestras de colas regeneradas. En cambio, predominó el colágeno, formando tejido cartilaginoso. Sin embargo, los vasos sanguíneos y las terminaciones nerviosas estaban suficientemente desarrollados.
¿Por qué los caimanes necesitan regeneración? Hay muchas respuestas a esta pregunta, elija cualquiera, como dicen. Primero, los caimanes no nacen con máquinas de muerte de tres metros. En consecuencia, a una edad temprana, pueden convertirse en víctimas del ataque de grandes depredadores y perder parte de la cola, que aún necesitan en la edad adulta. En segundo lugar, los cocodrilos se distinguen por su competencia sangrienta. Cuando dos machos luchan por una hembra o por un territorio, están dispuestos a destrozarse, solo para conseguir lo que quieren. Las extremidades rotas y las colas mordidas son lesiones muy comunes durante una pelea. En el primer caso, la gloria de la evolución, los huesos de cocodrilo crecen juntos con bastante rapidez. En el segundo, la regeneración entra en escena.
Por supuesto, las habilidades regenerativas de los caimanes están lejos de ser ideales. Sin embargo, el hecho mismo de que esta especie tenga una habilidad tan única plantea la pregunta: ¿por qué las aves la perdieron? En otras palabras, ¿cuándo, en el curso de la evolución, algunas especies decidieron abandonar la regeneración por completo, mientras que otras la retuvieron de alguna forma? Quedan por encontrar las respuestas a estas preguntas.
Por el momento, cualquier investigación sobre la regeneración conduce de una forma u otra a la medicina. Las personas, desafortunadamente (y tal vez afortunadamente), no tienen una regeneración tan fuerte como, digamos, los lagartos o las hidras. Sí, nuestro cuerpo, en un grado u otro, se renueva con el tiempo a nivel celular, pero esto es solo regeneración fisiológica. Si pudiéramos obtener una regeneración reparadora, esto cambiaría radicalmente no solo la medicina, sino también la vida misma de una persona como especie.
Sin embargo, no olvide que todo en la naturaleza sucede por una razón. La evolución es, aunque confusa, compleja y a veces incomprensible, pero aún un proceso verificado, durante el cual todo sucede por alguna razón. La naturaleza se asemeja a un castillo de naipes, donde se asigna un lugar específico a cada especie. Si uno de ellos cambia abruptamente, el frágil equilibrio puede romperse y la casa puede colapsar.
A menudo se asocia a una persona con el progreso, cuyo motor principal es la ciencia, lo que a menudo da lugar a muchos debates éticos. Lo que es bueno para nosotros y lo que es bueno para el planeta, lo que es correcto y lo que es rentable: estas preguntas surgen constantemente cuando la comunidad científica se repone con otra investigación o descubrimiento increíble. Cualquiera que sea la respuesta a cualquiera de estas preguntas, no se puede negar el poder del intelecto humano. Lo principal es que está dirigido en la dirección correcta.
Viernes fuera de la cima:
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