即将到访空间站的新客人——“再生大师”涡虫全科普

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@小白创作中心

即将到访空间站的新客人——“再生大师”涡虫全科普

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近日，中国科学院空间应用工程与技术中心发布消息，中国空间站将迎来新的生命体——涡虫，用于开展空间科学实验。涡虫以其强大的再生能力闻名，其再生机制的研究对于理解生命科学和开发新的医疗技术具有重要意义。

涡虫——无限再生的生物学“大师”

涡虫隶属扁形动物门，作为最早出现的三胚层动物，在动物的进化中具有重要意义，也是重要的环境指示动物和再生生物学的模式生物。

涡虫是一种拥有强大再生能力的扁形动物，其生命历程已经超过5.2亿年，是生物学研究中常用的动物实验材料之一。涡虫的组织修复能力十分惊人，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——即使断成两截后，涡虫仍能在一周内，重新长出切割掉的肌肉、皮肤、肠道、生殖系统，甚至完整的大脑。而且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。

具备超级再生能力的主要原因，是涡虫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。

虽然在人类体内虽然也存在着干细胞，却没有办法像涡虫一样再生出受伤、缺失的器官，这就是涡虫的再生能力吸引无数生物学家注意的主要原因。

涡虫的再生研究史

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——早在19世纪末，科学家摩尔根就发现了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。

被切割后仍可再生的涡虫

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。

涡虫作为科学研究对象的试验价值

而作为科学研究的模式动物，除了具有超强的再生能力，涡虫还具有许多其他模式生物难以望其项背的优点：

首先，相对于其他用于再生研究的模式生物，涡虫再生能力强、周期短。实验室使用的涡虫大小在0.5~2厘米之间，即使最小的涡虫切成3段仍可以完成再生。通常，从切割到再生完成只需要一个星期左右，这大大缩短了实验周期。

第二，实验室用涡虫容易大规模饲养繁殖。实验使用的涡虫通常饲养在塑料饭盒内，一个1L的塑料饭盒可以饲养大约100~200只涡虫，而一个2平方米的饲养架大约可以饲养200缸涡虫。这就允许科研人员即使在有限的空间里也可以有足够多的涡虫供实验使用，方便进行大规模的筛选试验，从大量功能未知的基因中寻找原创性的、新颖的影响涡虫再生的基因。

第三，涡虫中被称为Neoblast的成体干细胞数量丰富。据文献报道，有增殖能力的干细胞占到涡虫虫体细胞的25%。由于这些干细胞的数目庞大，研究过程中容易利用生物化学的方法进行显示，并且这个基数上的变化（比如干细胞类群数目增加或减少）比较容易观察、统计，这对于科学研究提供了极大的便利。

第四，涡虫是最简单的具有三胚层分化的模式生物，其大部分基因和高等生物高度保守，并且具有较低的冗余性。科学研究表明，涡虫的基因超过80%和人类同源，涡虫干细胞在损伤后早期的反应与人类等高等生物，也有惊人的相似。在涡虫中发现的再生机制，极有可能与高等生物中的机制是相似的，理解这些基因的功能有利于理解高等生物成体干细胞在再生中的调节方式，进而指导科研人员操作高等生物中的干细胞。

最后，目前涡虫系统的分子生物学手段比较健全，已具备特异的分子标志便于科研人员识别鉴定，遗传操作简单，研究基因表达和功能的方法技术日趋完善，这些特点都允许科研人员方便地进行在体的多能性研究，减少对离体的细胞培养系统的依赖。