Étant un enfant stupide, j'ai attrapé un lézard par la queue et, voulant montrer mes talents de chasseur, j'ai décidé de le montrer à ma mère. Le lézard ce jour-là n'était pas prêt à élargir son cercle social, et a donc laissé tomber sa queue et a disparu dans l'herbe. Et me voilà debout au milieu du jardin avec une queue frétillante sans son propriétaire entre mes mains, sans comprendre ce qui s'était passé. Cet événement frappant de l'enfance est un excellent exemple de comportement adaptatif et de régénération réparatrice. Une personne a aussi une régénération, mais non réparatrice, mais physiologique (couche externe de la peau, ongles, cheveux, etc.). Mais les salamandres sont considérées comme les maîtres de la régénération, capables de faire repousser tout membre perdu. Cependant, ils sont loin d'être les seuls propriétaires de ce cadeau unique. Par exemple, les hydres, un genre de coelentérés sessiles d'eau douce,sont capables de récupérer presque complètement même après la découpe en pièces. Un groupe de scientifiques de l'Université de l'Arizona (États-Unis) a découvert que l'alligator du Mississippi a également une régénération réparatrice. Comment se déroule le processus de récupération des alligators, à quel point leur régénération est-elle différente des autres organismes et y a-t-il des différences entre le membre d'origine et le membre régénéré? Nous trouverons des réponses à ces questions dans le rapport des scientifiques. Aller.
Base de recherche
La régénération est intrinsèquement une capacité assez courante. Cependant, sa force et sa fonctionnalité diffèrent selon les espèces, les familles et les genres d'organismes vivants. Par exemple, les reptiles non aviaires sont le seul groupe qui régénère des structures multi-tissulaires complexes (par exemple, la queue), tandis que les mammifères et les oiseaux montrent une capacité très limitée à se régénérer à l'âge adulte (la régénération embryonnaire n'a pas été considérée dans ce travail).
Contrairement aux vertébrés avec régénération, la plupart des mammifères connaissent un long processus de guérison et de réparation des tissus endommagés après une blessure. Ce processus conduit à la formation de tissu cicatriciel, qui a une fonctionnalité et une sensibilité réduites et un risque accru d'infection. En d'autres termes, le processus de cicatrisation des plaies sur le corps humain ne peut pas être appelé régénération.
Pour comprendre le mécanisme de la régénération, il faut d'abord comprendre son essence, c'est-à-dire pourquoi est-il nécessaire. À l'heure actuelle, la principale raison de l'apparition de la régénération chez certains animaux est l'influence des prédateurs. Parmi de nombreuses espèces de poissons osseux, de têtards sans queue, d'amphibiens marins et de reptiles non aviaires, la prédation sublétale est répandue, lorsque la proie a une certaine chance d'éviter la mort, bien qu'elle subisse de graves dommages. En conséquence, certaines espèces de salamandres et de lézards ont développé la capacité d' autotomiser * leur queue comme tactique pour éviter les prédateurs.
Autotomie * - la capacité d'un animal à se débarrasser de tout membre de lui-même en cas de danger ou en raison d'un stimulus externe.Cela étant dit, laisser tomber la queue n'est pas l'exemple le plus extrême d'autotomie. Les souris Eagle ( Acomys ) se mettent littéralement en quatre en cas de danger. Ces étonnants rongeurs sont capables de régénérer complètement la peau (y compris les follicules pileux, le derme, etc.) et même les oreilles (c'est-à-dire le tissu cartilagineux).
Pour plus d'informations sur l'autotomie des souris à l'aiguille, voir les travaux de scientifiques de l'Université du Kentucky.
La régénération ou non est une question extrêmement importante pour de nombreuses espèces au cours de l'évolution, car cette compétence présente à la fois des avantages et des inconvénients. D'une part, il y a une chance d'éviter la mort entre les dents d'un prédateur. D'autre part, la perte d'un membre due à une autotomie peut grandement affecter la mobilité, la conservation de l'énergie et même la sélection sexuelle pendant la saison de reproduction. Par conséquent, l'espèce doit déterminer elle-même ce qui est le plus important pour elle dans une telle situation.
La perte ou l'absence initiale de régénération chez de nombreux mammifères est associée au développement d'un système immunitaire spécialisé, à une régulation accrue du cycle cellulaire ou au développement de l'endothermie. Des processus tels que la diminution de la réponse aux blessures, la formation d'un épiderme spécialisé dans la zone de la plaie, le remodelage de la matrice extracellulaire, la réinnervation et la réactivation des voies de développement conservatrices sont courants pour les vertébrés capables de se régénérer. Cela indique la présence d'un noyau commun de la capacité de régénération de différentes espèces. D'autre part, la capacité de régénération des appendices des vertébrés varie considérablement et peut être considérée comme un spectre avec différents mécanismes d'activation, des caractéristiques fonctionnelles et le degré de régénération.
Image №1: répartition des capacités de régénération chez différents animaux.
Par exemple, les poissons du genre Danio ( Danio ), les axolotls et les têtards de grenouilles Xenopus sont capables de restaurer des structures presque identiques aux appendices d'origine. Les grenouilles Xenopus adultes présentent une régénération non identique. Et la grande majorité des mammifères ne remplacent pas du tout les membres perdus.
Les caractéristiques physiques de l'individu affectent également la capacité de régénération de l'animal: taille corporelle, âge, stade du cycle de vie, etc. Il existe très peu de données sur ces aspects. Jusqu'à présent, on sait que l'augmentation de la taille corporelle peut ralentir la guérison des membres du triton, et les différentes étapes du cycle de vie affectent la régénération des grenouilles Xenopus .
Revenons à nos béliers, plus précisément aux reptiles. Compte tenu de la diversité de leurs espèces, les représentants de cette classe vivent dans différentes parties de la planète, c'est pourquoi il existe un certain nombre de différences dans les caractéristiques physiologiques, comportementales et morphologiques.
Si nous considérons la queue, il est tout à fait évident que ce membre est d'une grande importance pour le mouvement, la conservation de l'énergie et la sélection sexuelle. L'habitat de telle ou telle espèce en cours d'évolution a fortement influencé la structure de la queue et, par conséquent, ses capacités régénératrices.
Les reptiles sont représentés par trois infra-classes existantes: Neodiapsida , qui comprend les tortues; Archosauromorpha (crocodiles et oiseaux); Lepidosauromorpha , c'est-à-dire squameux (lézards, serpents).
Cultiver un nouveau membre pour une salamandre n'est pas difficile, mais cela prend beaucoup de temps.
Les lézards, comme nous le savons, sont capables de perdre leur queue et d'en faire pousser une nouvelle anatomiquement différente de l'original. L'endosquelette principal de la queue de lézard régénéré consiste en un tube cartilagineux non segmenté qui renferme l'épendyme et les axones descendants centraux. Au cours de la régénération de la queue, aucun nouveau neurone n'est formé, au lieu de cela, les axones de repousse proviennent de neurones situés dans la moelle épinière et les ganglions de la racine dorsale, qui proviennent du moignon de la queue. De plus, le muscle squelettique régénéré forme des fibres longitudinales situées radialement autour du tube cartilagineux et sans organisation.
Les serpents ne remplacent pas la queue perdue en raison d'une blessure, mais les Tuatars (un genre de reptilesSphenodon , qui est originaire de Nouvelle-Zélande) cultive un endosquelette cartilagineux (comme les lézards), mais le muscle squelettique est minime ou absent. La plupart de la queue repoussée du tuatara est constituée de tissu conjonctif dense ressemblant à un tissu fibreux.
À partir de ces exemples, il devient évident que la régénération de la queue n'est propre à aucune espèce et que le processus de restauration d'un membre perdu est différent.
Garder un alligator à la maison n'est pas une bonne idée, et voici pourquoi.
Il est tout à fait évident qu'il a été suggéré que les crocodiles modernes (alligators, caïmans, crocodiles et gharials) ont également des capacités régénératrices. Les recherches dans ce domaine ont été menées plutôt superficiellement, de sorte que jusqu'à présent, il n'y avait pas de description complète du processus. Par conséquent, dans ce travail, les scientifiques ont décidé d'examiner en détail comment exactement les crocodiles face à l'alligator du Mississippi sont capables de faire pousser une queue perdue.
Résultats de recherche
À l'aide de données anatomiques et histologiques, les scientifiques ont effectué une analyse comparative des tissus des segments de queue d'origine et repoussés situés près de la jonction de l'alligator du Mississippi.
Image # 2
Les segments de queue d'origine étaient recouverts d'écailles rectangulaires non chevauchantes et de plaques dorsales disposées en rangées transversales ( 2a - 2c ). Les écailles dorsales étaient inégales et plus foncées que les écailles ventrales ( 2a - 2f ). Parmi les échantillons analysés, seul l'échantillon A01 présentait des boucliers dorsaux appariés, indiquant que A01 avait subi une blessure plus proximale (plus proche du centre) ( 2d ).
Les radiographies ont montré que chaque vertèbre caudale proximale correspondait à une rangée d'écailles et avait des épines allongées (processus dorsaux faisant partie de la crête) et une papophyse (processus de la vertèbre du côté ventral, c'est-à-dire en dessous) ( 2g - 2i ).
La vertèbre caudale, située immédiatement à proximité du site présumé de la lésion, est dépourvue de ces processus dorsaux et présente des fissures osseuses, indiquant le résultat de son remodelage ( 2g - 2i ).
En tant qu'échantillon de contrôle, la queue d'une jeune femelle a été analysée, sur laquelle il n'y avait aucun dommage. Le squelette axial des alligators se compose de 65 vertèbres, dont 38–41 sont caudales (abrégé en Cavertèbres). Dans l'échantillon A00, un total de 40 vertèbres caudales ont été identifiées.
Les vertèbres caudales 1-14 ont des processus transversaux, ce qui est cohérent avec les études anatomiques précédentes. La colonne vertébrale était étendue sur toute la longueur de la queue et les processus vertébraux se rétrécissaient progressivement vers l'extrémité distale. De plus, chaque vertèbre caudale correspondait à un segment d'échelle avec
des plaques dorsales appariées se terminant au segment 18. Puisque seulement A01 montre des plaques dorsales appariées dans le segment de queue d'origine ( 2d), les scientifiques ont suggéré que cet individu avait perdu environ la moitié de la queue postérieure (pour ainsi dire, arrière). Les échantillons A02 et A03 ne présentaient qu'une seule écaille dorsale dans le segment de queue d'origine. Cela indique que la queue a été tronquée distale du segment 18 ( 2e et 2f ). Le comptage des rangées d'échelles a permis de clarifier la position de la blessure en A02 et A03: la troncature était à proximité des vertèbres 24 et 20, respectivement.
Étant donné que les vertèbres des crocodiles n'ont pas de zones spécialisées pour l'autotomie, la perte d'une partie de la queue a provoqué soit une blessure, soit une anomalie congénitale, et ne pas être jetée, comme chez les lézards.
Image # 3
Au stade suivant de l'étude, une attention particulière a été portée à l'anatomie et à l'histologie des muscles squelettiques de la queue d'origine.
Autour de la colonne vertébrale, il y a un grand volume de muscles, divisé en deux par un septum horizontal épais en sections épaxiales séparées (situées sur le côté dorsal de l'axe) et hypaxiales (situées sur le côté ventral de l'axe) ( 3a et 3b ).
Les muscles épaxiaux se composaient de M. longissimus et M. transversospinalis , qui étaient séparés par un septum dorsal intermusculaire ( septum intermusculare dorsi ). Alors que M. longissimus occupait la majeure partie de la zone épaxiale, M. transversospinalis était relativement mince.
La région hypaxiale se compose exclusivement de muscles M. ilio-ischiocaudalis( 3a et 3b ), qui sont généralement complétés par M. caudofemoralis dans la région proximale de la queue. Il est à noter que l'absence de M. caudofemoralis était attendue dans les échantillons étudiés , car les dommages à la queue étaient distaux par rapport à l'emplacement des apophyses transverses et M. caudofemoralis .
La coloration à l'hématoxyline et à l'éosine (H&E) des coupes transversales musculaires proximales a révélé des faisceaux de fibres musculaires homogènes entourés d'une membrane basale ( 3c et 3d ).
Une étude immunohistochimique (IHC) a montré que le muscle contient principalement des fibres de type II * ( 3e - 3h ).
II* — , , .. .
Image №4
Comprenant en quoi consiste la queue d'un alligator en bonne santé, les scientifiques ont commencé à analyser la queue repoussée et à la comparer avec l'original.
Les crocodiles peuvent faire pousser (régénérer) leur queue, mais pas les autres membres. La longueur moyenne des queues repoussées est de 15,7 ± 7,3 cm; environ 6 à 18% de la longueur totale du corps. En même temps, il est assez simple de déterminer les segments repoussés par leur morphologie externe.
Les écailles de la queue repoussée diffèrent en couleur et en motif par rapport à la queue d'origine. De petites écailles noires étaient uniformément réparties autour de la circonférence de la queue régénérée, qui n'avait pas d'écailles dorsales ( 4a - 4d). Ces écailles adhéraient fermement au tissu sous-jacent. Un examen plus détaillé de la peau de la queue repoussée a montré la présence de toutes les couches typiques de l'épiderme et du derme ( 4i ).
La radiographie a montré qu'il n'y avait pas d'os dans le segment repoussé de la queue, mais la présence d'une structure en forme de bâtonnet a été trouvée ( 4e - 4g ). Dans un échantillon (A04), cette structure était présente dans la queue repoussée, qui dépassait de la surface dorsale de la queue d'origine ( 4h ). C'est cette situation qui est le plus probablement due à une blessure qui n'a pas conduit à une amputation complète de la queue.
Image n ° 5
Ce spécimen manquait également de l'extrémité distale de la queue et un petit segment régénéré était présent. L'IRM a confirmé la présence d'une structure creuse non segmentée en forme de tige ( 5a ) avec des trous répartis sur la longueur de la queue ( 5b - 5e ).
Les scientifiques notent que des trous similaires dans la queue régénérée ont déjà été trouvés chez le lézard vert ( Lacerta viridis ), et ils servent de canaux pour la repousse des vaisseaux sanguins et des axones. Dans la queue de l'alligator, la structure en forme de tige était située ventralement ( 5c - 5f ).
Image n ° 6
L'examen histologique de la structure de l'endosquelette a confirmé qu'il est composé de cartilage plutôt que d'os. La coloration des tissus trichromes a révélé une matrice extracellulaire (ECM) avasculaire riche en collagène qui était peu peuplée de gros chondrocytes ronds inclus dans les lacunes * ( 6a et flèches noires en 6b ).
Lacunes * - espaces entre les sites tissulaires.Les chondrocytes plus proches de l'interface entre le cartilage et le tissu conjonctif environnant étaient plus petits et plus denses (flèche blanche en 6b ).
Grâce à l'IHC utilisant le collagène COL2A1, il a été possible d'identifier la région ( 6c et 6d ) séparant le cartilage du tissu conjonctif sus-jacent. Aucune formation similaire n'a été trouvée dans les échantillons témoins ( 6e et 6f ).
Image # 7
La dissection a montré que le muscle squelettique était absent dans le segment de la queue repoussée, et l'immunocoloration avec un anticorps qui reconnaît un marqueur cellulaire spécifique du muscle l'a confirmé ( 7a et 7b contre 3e et 3f).
L'examen histologique a révélé un excès de collagène cutané, ainsi qu'un réseau dense de tissu conjonctif fibreux irrégulier peu peuplé de cellules mononucléées ( 7c et 7d ). La nappe de fibres entrelacées était colorée en rouge avec du rouge Picrosirius. Il en découle qu'il est à base de collagène ( 7e et 7f ) .
Il a également été constaté que les fibres plus grosses appartiennent au collagène de type I et les plus petites au collagène de type III ( 7g et 7h ). Une tendance similaire a été observée dans tous les échantillons. La seule différence a été trouvée dans l'échantillon A03 ( 7i ), où de grandes poches d'adipocytes (tissu adipeux) étaient présentes.
La queue repoussée avait beaucoup d'axones et de vaisseaux sanguins de différentes tailles. Les faisceaux nerveux, représentés par des axones dans une gaine de tissu conjonctif, étaient souvent très proches les uns des autres ( 7i et 7j ). Compte tenu de l'absence de muscle squelettique, on peut supposer que ces processus nerveux sont impliqués dans la perception sensorielle plutôt que dans la motricité.
L'identification des vaisseaux sanguins a été réalisée en raison de leurs caractéristiques distinctives, telles que la présence d'une lumière bordée de cellules endothéliales et parfois de muscle lisse ( 7k ). En outre, des érythrocytes ont été trouvés dans les lumières de vaisseaux plus gros, qui chez les reptiles ont une forme elliptique avec un noyau situé au centre ( 7l ).
Pour une connaissance plus détaillée des nuances de l'étude, je vous recommande de consulter le rapport des scientifiques et des éléments supplémentaires .
Épilogue
La régénération est une capacité étonnante, mais controversée, qui n'est pas inhérente à tous les organismes vivants sur Terre. À première vue, la régénération a des racines fonctionnelles communes; cependant, après un examen plus approfondi, il devient évident qu'il existe différents mécanismes de son travail.
Dans ce travail, les scientifiques ont examiné les capacités de régénération des alligators du Mississippi. Comme les lézards, ces redoutables prédateurs sont capables de faire pousser leur propre queue. Cependant, la perte de ce membre ne se produit pas de son plein gré (c'est-à-dire qu'il ne s'agit pas d'un exemple d'autotomie), mais est le résultat d'un traumatisme. Le processus même de restauration de la queue perdue prend plusieurs mois et le résultat est très différent de l'original en apparence et en composition structurelle. Aucun muscle squelettique n'a été trouvé dans les échantillons de queues repoussées. Au lieu de cela, le collagène a prédominé, formant du tissu cartilagineux. Néanmoins, les vaisseaux sanguins et les terminaisons nerveuses étaient assez développés.
Pourquoi les alligators ont-ils besoin de régénération? Il existe de nombreuses réponses à cette question, choisissez-en une, comme on dit. Premièrement, les alligators ne sont pas nés avec des machines à mort de trois mètres. Par conséquent, à un jeune âge, ils peuvent devenir victimes de l'attaque de grands prédateurs et perdre une partie de la queue, dont ils ont encore besoin à l'âge adulte. Deuxièmement, les crocodiles se distinguent par leur compétition sanglante. Quand deux mâles se battent pour une femelle ou pour un territoire, ils sont prêts à se déchirer, juste pour obtenir ce qu'ils veulent. Les membres cassés et les queues mordues sont des blessures courantes lors d'un combat. Dans le premier cas, la gloire de l'évolution, les os d'alligator poussent ensemble assez rapidement. Dans le second, la régénération entre en scène.
Bien sûr, les capacités régénératrices des alligators sont loin d'être idéales. Cependant, le fait même que cette espèce possède une compétence si unique soulève la question: pourquoi les oiseaux l'ont-ils perdue? En d'autres termes, quand, au cours de l'évolution, certaines espèces ont décidé d'abandonner complètement la régénération, tandis que d'autres l'ont conservée sous une forme ou une autre? Les réponses à ces questions restent à trouver.
Pour le moment, toute recherche sur la régénération mène d'une manière ou d'une autre à la médecine. Les gens, malheureusement (et peut-être heureusement), n'ont pas une régénération aussi forte que, par exemple, les lézards ou les hydres. Oui, notre corps se renouvelle à un degré ou à un autre au fil du temps au niveau cellulaire, mais ce n'est qu'une régénération physiologique. Si nous pouvions obtenir une régénération réparatrice, cela changerait radicalement non seulement la médecine, mais aussi la vie même d'une personne en tant qu'espèce.
Cependant, n'oubliez pas que tout dans la nature se produit pour une raison. L'évolution est, certes un processus déroutant, compliqué et parfois incompréhensible, mais toujours vérifié, au cours duquel tout se passe pour une raison quelconque. La nature ressemble à un château de cartes, où une place spécifique est attribuée à chaque espèce. Si l'un d'eux change brusquement, l'équilibre fragile peut être perturbé et la maison peut s'effondrer.
Une personne est souvent associée au progrès dont le moteur principal est la science, qui génère souvent de nombreux débats éthiques. Ce qui est bon pour nous et ce qui est bon pour la planète, ce qui est juste et ce qui est rentable - ces questions surgissent constamment lorsque la communauté scientifique est reconstituée avec une autre recherche ou découverte incroyable. Quelle que soit la réponse à l'une de ces questions, la puissance de l'intellect humain ne peut être niée. L'essentiel est qu'il soit dirigé dans la bonne direction.
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