涡虫：具有再生能力的模式生物

涡虫：具有再生能力的模式生物

涡虫：具有再生能力的模式生物

□本报记者许琦敏

《西游记》里的孙悟空真是厉害，头砍掉了立马又冒出一个来。其实，有一类叫涡虫的动物，跟孙大圣的本领也不相上下——头切掉能新长个头出来，尾巴切掉重新长尾巴，就算将它粉身碎骨成279块，每一块都还能长出完整个体。

涡虫之所以具有如此强大的再生能力，主要原因是其体内有一种类似于人类干细胞的细胞，而且这种细胞占涡虫细胞总数的25%。涡虫具有几乎无限的再生能力，在未受损伤的情况下，它能保持自己身体健康而不会死亡。这使得它成为科学家开展再生研究的一个非常难得的模型。

近年来，一系列涡虫相关的研究工具被陆续开发出来，同时国际上多个顶级科研单位均建立了以涡虫为模式生物

的实验室。相关成果也已登上《自然》、《科学》等国际权威杂志。中国科学家也已从涡虫中发现了近50个参与到再生过程中的基因。

残体再生、长生不老，是人类自远古以来的愿望。或许找到这一门径的钥匙，就在涡虫身上。

惊人无限的再生能力

涡虫能在一周内，重新长出切割掉的肌肉、皮肤、肠道、生殖系统，甚至整个大脑。而在适宜的生长条件下且未受到损伤的情况下，它能一直保持自身健康而不会死亡。

涡虫是涡虫纲动物的总称，是扁形动物门中营自由生活（不需要寄生在其它生物体内）的一类。它的进化地位并不怎么高级，介于水螅（腔肠动物门）和蚯蚓（环节动物门）之间。

涡虫的体表一般具有纤毛，并有典型的皮肤肌肉囊，以强化运动机能，表皮中的杆状体有利于捕食和防御敌害。

它的感觉器官和神经系统一般比较发达，能对外界环境如光线、水流及食物等迅速发生反应。感觉器官包括眼、耳突等等。自由生活涡虫的体表特别是耳突处分布有丰富的触觉感受器、化学感受器及水流感受器，它们分别感受触觉、化学及水流的刺激。

涡虫具有2条发达的腹神经索，与“脑”形成了原始的中枢神经系统。涡虫类具有消化系统，有口无肛门，三角涡虫消化管分为3支（一支向前2支向后）。涡虫通过体表从水中获得氧，并将二氧化碳排至水中。原始的排泄系统为具焰细胞的原肾管系统，具有渗透调节和排泄作用。生殖方式上，涡虫是雌雄同体，异体交配。

最令科学家惊奇的是，这种广泛生活在洁净水质的池塘

和溪流中的扁形动物门生物具有近于无限的再生能力，再生过程也非常迅速——涡虫能在一周内，重新长出切割掉的肌肉、皮肤、肠道、生殖系统，甚至整个大脑。而在适宜的生长条件下且未受到损伤的情况下，它能一直保持自己身体健康而不会死亡——这简直就是传说中的长生不老。

涡虫具备这种超级再生能力的主要原因是其体内有一

种类似于人类干细胞的细胞。这种细胞占涡虫细胞总数的25%，一旦涡虫受到损伤，这些细胞可以增殖，进而分化成为涡虫体内大约40余种类型的细胞，再生出有功能的全新的组织、器官直至一个完整的涡虫。

这种惊人的再生能力，使涡虫成为再生医学研究模式生物的不二之选。

物种间最基本的生物学过程都是高度保守的。由于进化的原因，细胞生命在发育的基本模式方面具有相当大的同一性，所以利用位于生物复杂性阶梯较低级位置上的物种来研究发育共通规律是可能的。因为对这些生物的研究具有帮助我们理解生命世界一般规律的意义，所以它们被称为“模式生物”。在遗传与发育生物学常见的模式生物有线虫、果蝇、非洲爪蟾、蝾螈、小鼠等。

因此，在实验室里，模式生物通常代替人类接受疾病机理、药物筛选等一系列实验和研究。正是得益于对不同生物的研究，才使得人类在生物和医学领域不断取得新的突破。

人们最为耳熟能详的模式生物莫过于小白鼠。小鼠来源于野生鼷鼠，从17世纪开始用于解剖学研究及动物实验，经长期人工饲养选择培育，已育成多达千余个独立的远交群和近交系。由于小鼠繁殖快，饲养管理费用低，并且遗传物质与人类具有高度的保守性，所以成为生物医学研究中广泛使用的模式生物，也是当今世界上研究最详尽的哺乳类实验动物。目前全世界每天约有2500万只小鼠被用于生物医学研究。迄今为止，至少有30项诺贝尔生理学或医学奖颁发给了以小鼠作为模式生物研究的科学家。

从生命科学发展历史来看，重大生物学现象和规律的发现都是从选择一种合适的模式生物开始的，早在150多年前，在奥地利布隆城的一所修道院中，孟德尔开始了他的豌豆杂交试验，在苦心经营8年之后，孟德尔发表了他的研究论文，并提出了遗传学中两个至关重要的遗传定律——分离定律

和自由组合定律，现在统称为孟德尔定律。除了夜以继日的努力工作以及天才般的思考方式，孟德尔获得成功的一个极其重要的因素是他选择了合适的模式生物——豌豆。

在豌豆实验之后，遗传学中另一位举足轻重的科学家摩尔根选择了黑腹果蝇作为模式生物进行研究。他不仅仅发现了染色体在遗传中的作用，更重要的是创造了果蝇这一优秀的遗传学模式生物。摩尔根与其弟子米勒均因果蝇遗传学研究获得了诺贝尔奖。

实际上，早在19世纪末，摩尔根在专注于果蝇研究之前，涡虫就进入了他的视野。他之所以对涡虫感兴趣，就是因为它具有极其强大的再生能力。

生物体的整体或器官因创伤而发生部分丢失，在剩余部分的基础上又生长出与丢失部分在形态和功能上相同的结构，这一系列复杂的生物学过程称为再生。

在再生的研究历史上有着各种各样的模式生物，水螅、海星、蜗牛以及蜥蜴、娃娃鱼等都具有一定的再生能力，然而在涡虫面前，这些模式生物的再生能力只能用“小巫见大巫”来形容——摩尔根发现将涡虫切割到身体大小的279分之一时，涡虫仍具有再生能力，可以重新再生出一个完整的个体。这种超强的再生能力在自然界是无与伦比的。

在细致的研究的基础上，摩尔根发表了数十篇论文介绍涡虫的再生现象。但是由于技术手段的限制，涡虫再生机制的研究进展非常缓慢。近年来随着涡虫整体原位杂交技术和RNAi敲低基因技术的出现，及地中海涡虫基因组测序的完成，使得涡虫再生机制的研究走向具体化和系统化。

如今，科学家们则迫切地希望通过分析涡虫替换衰老的或者受损的组织和细胞的能力，来帮助理解再生和长寿的奥秘。相信在全球众多科研工作者的共同努力下，人类必能解开涡虫再生的秘密，进一步对人体组织甚至器官的再生提供指导作用。而涡虫也有可能在诺贝尔奖牌榜上留名。