Niezwykłe zdolności regeneracyjne aligatorów zaskakują naukowców

Młode aligatory amerykańskie są bezbronne: mogą paść ofiarą ptaków, szopów i innych aligatorów. Badanie wykazało jednak, że są one w stanie częściowo zregenerować swoje ogony, które są kluczowe dla ich poruszania się.

Kiedy biolog Kenro Kusumi otworzył dziwną paczkę, która przyszła do niego pocztą, znalazł wyraźnie zdeformowany ogon aligatora zanurzony w etanolu w słoiku po kiszonkach.

Wśród wielu obszarów badań, w laboratorium Uniwersytetu Stanu Arizona, Kusumi sprawdza zdolność jaszczurek do regeneracji własnych ogonów. Z pewnością zbadał już sporo nietypowych kończyn zwierząt, ale ta, którą otrzymał w październiku 2017 roku, była inna. Był to odbarwiony ogon z lekko rozwidloną końcówką i dziwnie małymi łuskami. 

To, co zaintrygowało Kusumiego, to fakt, że wydawało się, że odrósł po odcięciu. Chociaż zdolność do regeneracji ogona została udokumentowana u kilku gadów - w tym gekonów i iguan - nigdy nie stwierdzono jej u aligatorów amerykańskich, które mogą osiągać prawie 4 metry długości a ich ogon jest niezbędny do zachowania równowagi i poruszania się w wodzie.

Analizy przeprowadzone przez Kusumiego i jego współpracowników potwierdziły, że ogon rzeczywiście odrósł, a zespół znalazł zregenerowane ogony u trzech innych aligatorów. Badania te, opisane w artykule opublikowanym w listopadzie 2020 r. w czasopiśmie Scientific Reports, ujawniły, że młode aligatory mają zdolność regeneracji ogonów do długości 23 cm.

"Byliśmy podekscytowani. Wiedzieliśmy, że trzymamy w rękach coś naprawdę interesującego" - mówi biolog i współautorka Jeanne Wilson-Rawls.

Po przeprowadzeniu badań, aligatory stały się zatem największymi znanymi zwierzętami posiadającymi tę zdolność regeneracji. Odkrycie to może pomóc naukowcom zrozumieć, w jaki sposób umiejętność ta ewoluowała i funkcjonuje, a być może przyczyni się do badań nad medycyną regeneracyjną u ludzi.

Dwa różne ogony 

Wszystkie zwierzęta są w stanie, do pewnego stopnia, leczyć urazy i rany poprzez proces regeneracji, ale są w stanie to robić w różnym zakresie. Ssaki, na przykład, potrafią zregenerować małe części skóry, naczynia krwionośne i nerwy wtórne, ale nie mogą zastąpić kończyn. Zwierzęta takie jak aksolotl - gatunek salamandry meksykańskiej - mogą nie tylko regenerować kości i tkanki organiczne, ale także zastępować utracone kończyny z bardzo wysokim stopniem precyzji.

U niektórych gatunków gadów ogon może odrosnąć, ale zregenerowana część nie zawsze posiada takie same cechy jak oryginał. Na przykład, gdy anolis zielony "upuszcza" swój ogon, aby uciec przed drapieżnikiem, regeneruje go chrząstką zamiast kości. Regeneracja kości zajmuje znacznie więcej czasu i energii niż chrząstki, więc może to być ewolucyjnie korzystny proces.

Zespół Kusumiego zbadał w sumie cztery zregenerowane ogony aligatorów amerykańskich, pozyskane od niebezpiecznych osobników uśpionych przez Departament Dzikiej Przyrody i Rybołówstwa Luizjany (tj. Departament, który wysłał "tajemniczą" paczkę) i wszystkie należące do młodych zwierząt.

Do zbadania anatomii ogonów naukowcy wykorzystali promieniowanie rentgenowskie, rezonans magnetyczny i starą dobrą technikę dysekcji. Ustalono, że w dziedzinie zdolności regeneracyjnych aligatory plasują się między jaszczurkami a ssakami.

"Znaleźliśmy wiele podobieństw między zregenerowanymi ogonami aligatorów i jaszczurek, w tym obecność tkanki chrzęstnej, wzór łusek i niedopasowane ubarwienie. Zaobserwowaliśmy również odrastanie nerwów i obwodowych naczyń krwionośnych" - mówi Cindy Xu, główna autorka badania i niedawna absolwentka Uniwersytetu Stanu Arizona, która obecnie bada procesy regeneracji i naprawy ścięgien w Massachusetts General Hospital.

"Ale to, co naprawdę zaskoczyło nas w przypadku aligatora, to brak dowodów na odrastanie mięśni szkieletowych" - mówi Xu. Te ostatnie ułatwiają ruch ciała. "Nie spodziewaliśmy się braku tego typu mięśni", dodaje Xu, "ponieważ jaszczurki, a nawet niektóre ssaki mają zdolność do ich regeneracji". 

Przyczyna braku mięśni szkieletowych w ogonach tych aligatorów jest niejasna dla naukowców, ale spekulują oni, że ma to związek z oszczędzaniem energii. 

"Odrastanie tkanek jest bardzo energochłonne" - mówi Xu. "Jeśli skupisz całą swoją energię na doskonałej odbudowie struktury, zabraknie jej na inne, bardziej istotne procesy, takie jak ogólny rozwój".

Odporność aligatorów 

Kusumi i jego koledzy jako pierwsi potwierdzili zdolność regeneracyjną aligatorów amerykańskich; jednak eksperci tacy jak Adam Rosenblatt - biolog z Uniwersytetu Północnej Florydy - od dawna spekulowali, że młode aligatory mogą regenerować swoje ogony. 

"Zaobserwowałem zjawisko regeneracji ogona omawiane w ich badaniach u aligatorów i innych pokrewnych gatunków na wolności" - mówi Rosenblatt. "Aligatory są bardzo odpornym gatunkiem. Ich budowa jest niezwykle wytrzymała na uszkodzenia zarówno fizyczne, jak i układu odpornościowego".

Pomimo tego, że aligatory są wytrzymalsze niż większość innych zwierząt, jako młode są bezbronne mówi Rosenblatt: "Są w menu praktycznie każdego drapieżnika", w tym ptaków, szopów, a nawet innych aligatorów. Co więcej, nawet częściowa utrata ogona może osłabić ich zdolność do polowania lub ucieczki przed drapieżnikami. 

W przypadku aligatorów, zdolność do regeneracji ogona "stanowi ich niewątpliwą mocną stronę, jeśli chodzi o sprawność fizyczną” - mówi Rosenblatt.

Jak dotąd cechę tę stwierdzono tylko u młodych osobników, ale możliwe jest, że jest ona zachowana również w wieku dorosłym, mówi Kusumi: "Nasi współpracownicy nigdy nie widzieli dorosłych osobników ze zregenerowanymi ogonami, ale to nie znaczy, że ich nie ma".

Następna regeneracja 

Odkrycie, że gad wielkości młodego aligatora może zregenerować swój ogon, zrodziło nowe pytania o to ile wśród 27 gatunków krokodyli, aligatorów, kajmanów i gawiali ma tę cechę.

"Byłoby interesujące wiedzieć, ile z tych gatunków posiada tę zdolność" - dodaje Rosenblatt. W tym sensie dogłębne badanie mogłoby również pomóc naukowcom lepiej zrozumieć ewolucję tego zjawiska u ptaków i dinozaurów. 

"Przodek dinozaurów i aligatorów ma tę cechę, ale ptaki nie, więc pytanie brzmi: kiedy została utracona?" kontynuuje Kusumi. "Czy dinozaury miały tę zdolność regeneracji? To wciąż pytanie bez odpowiedzi". 

Odkrycie regeneracji ogona u aligatorów może również przyczynić się do badań nad zdolnością regeneracji tkanek lub części ciała u ludzi. 

"Do tej pory zwierzęta badane pod kątem regeneracji były stosunkowo małe w porównaniu do ludzi" - mówi Xu. "Aligator jest większy, a to może pomóc nam zrozumieć, w jaki sposób rozmiar i masa ciała mogą wpływać na zdolności regeneracyjne".