章鱼如何重新长出它的手臂

2022-01-21 21:22来源:品阁网

Octopuses never have to say a farewell to arms for long.

在这部获得2020年奥斯卡提名的纪录片中,电影制作人克雷格·福斯特(Craig Foster)在南非的海带森林中与一只野生章鱼展开了一段迷人的友谊。在其中一个场景中(这里有个轻微的剧透),这只软体动物的一只胳膊被鲨鱼扯掉,伤势严重。

慢慢地,似乎是奇迹般地,这个头足类动物的附属物开始长回来。尤其令人印象深刻的是,章鱼手臂上有三分之二的神经元,这要归功于它们手臂上的神经索,它们的行为与人类的脊髓非常相似。那么,当他们不仅失去了一只肢体,而且还失去了一部分神经系统时,会发生什么呢?

解除章鱼

首先,它有助于理解章鱼的附属物到底是什么。它们没有骨骼结构;相反,手臂由一条神经索和三个肌肉束组成——横向、纵向和斜向。肢体损伤可能来自受伤、捕食者,甚至是交配。它也可能来自于一种自食同类的行为,章鱼会吃掉自己的肢体。(科学家们不确定为什么会发生这种情况,但可能是一种神经系统疾病。它们也可能是为了躲避捕食者。)

失去一条腿对章鱼来说是一件很痛苦的事情。2021年的一项研究表明,章鱼可能会感到疼痛,因为它们会避开水箱中被研究人员刺痛的部位。这些动物更喜欢它们接受过止痛治疗的地方。

当章鱼失去一只手臂时,从神经束到吸盘的所有东西都会在一种被称为形态轴的过程中再生,现有的组织会被重新排列,以允许新的组织生长。伤口部位的细胞碎片成多个颗粒,以促进新的肌肉和神经。

根据芝加哥大学海洋生物实验室章鱼专家卡罗琳·艾伯丁博士的说法,在其他物种中,伤口的再生取代了典型的伤口闭合。

“一般来说,当章鱼失去一只手臂时,不会像我们受伤时那样形成痂或疤痕,我们会看到伤口被一层叫做上皮细胞的细胞覆盖,”艾伯丁告诉Mental Floss杂志。“在上皮细胞下面,我们开始看到一种未分化细胞的积累,称为芽基。这些细胞分裂产生更多的细胞,把芽基推出去。几天之内,我们就能看到一些分化的结构,比如小吸盘,从手臂的再生部位伸出来。”

大约需要3天的时间,细胞才能覆盖截肢部位,并呈现出钩状。在两周内,干细胞和血管大量涌入。在大约130天内,章鱼将获得另一个功能完全正常的手臂。

一种特殊的蛋白质,乙酰胆碱酯酶(AChE),可能会提供很多帮助。2013年发表在《科学》杂志上的一项研究观察了八条章鱼在前臂尖端的一小部分被切断后的生化过程。大约从手术后的第三周开始,研究人员发现这些动物的乙酰胆碱酯酶(AChE)水平急剧上升,与此同时,新的吸盘和色素体(赋予章鱼变色能力的色素体)正在发育。当手臂完全恢复时,AChE水平已经下降到基线水平。

一旦手臂完全长大,章鱼可能不会因为再生了身体的整个部分而受到任何不良影响。“只要有足够的时间,再生的手臂就能像原来的手臂一样工作,”艾伯丁说。“它可以达到最大尺寸。”它是否以任何方式受到损害,这是一个有待解决的问题。她说:“我不知道是否有人研究过它的生物力学性能或强度是否有任何缺陷。”

章鱼军备竞赛

这就是章鱼的遭遇。但切断的手臂会怎样?它能否本着1987年的精神,在与主人分离后继续拥有自己的思想?毕竟它是有神经元的。

答案是:有点。在2013年发表在《科学》杂志上的另一项研究中,研究人员在10只章鱼死后立即切断了它们的手臂。一小时后,科学家们用捏水或醋酸的方法刺激脱离身体的肢体。所有的刺激都使四肢收缩。普通的海水或轻微的压缩不会引起任何反应。

章鱼和它们的再生能力仍然是研究人员着迷的一个来源。2020年11月,在日本静川湾发现了一只九爪章鱼。它的一条前肢和另一条前肢分开,这意味着它有可能再生出两条前肢。

章鱼可能可以再生好几种。“我们已经看到了多个手臂同时再生的例子,”艾伯丁说。

如果你想知道,人类也有一些肢体再生的能力。但它们仅限于我们的指尖,这主要是10岁以下的孩子表现出来的壮举。

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