Polscy naukowcy odkryli robaki z dwiema głowami. To troszkę niepokojące

Nowe badania UW opisują zjawisko spontanicznego powstawania dwugłowych płazińców. To pierwsza taka obserwacja na świecie, która podważa wiedzę o regeneracji zwierząt.

Dwugłowe robaki w warszawskiej hodowli. Odkrycie, które zaskoczyło biologów

Gdy naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego w poinformowali w serwisie Nauka w Polsce o pojawieniu się w jednej z hodowli płazińców osobników z dwiema głowami, brzmiało to jak pomyłka, a nie wniosek z badań. Okazało się jednak, że to nie incydent, lecz powtarzalne, stabilne zjawisko, które utrzymywało się w populacji Stenostomum brevipharyngium przez kilka miesięcy.

Najdziwniejsze było to, że w miejscu, gdzie płaziniec powinien wytworzyć ogon, rozwijała się druga, w pełni funkcjonalna głowa. Miała prawidłowo wykształconą gardziel, struktury nerwowe i zdolność reagowania na bodźce. Zamiast typowej osi przód–tył powstawał więc organizm z podwójnym frontem, który mimo deformacji potrafił rosnąć i jeść.

Odkrycie opisano w prestiżowym czasopiśmie „Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences”, co od razu zwróciło uwagę zagranicznych ośrodków badawczych. Zwierzęta z tak głęboką rearanżacją planu ciała zwykle nie przeżywają długo, tymczasem te robaki funkcjonowały i regenerowały się jak normalne.

To właśnie ta kombinacja przetrwania, odżywiania i zdolności do regeneracji okazała się przełomowa dla biologii rozwoju.

Odkrycie zaczęło się od przypadku. Doktorantka zauważyła coś, czego „nie miało prawa być”

Pierwszą osobą, która dostrzegła niezwykłe osobniki, była doktorantka dr. Ludwika Gąsiorowskiego, Katarzyna Tratkiewicz. Podczas rutynowej obserwacji zauważyła robaki, które zachowywały się inaczej niż pozostałe. Na tylnym końcu ich ciała widać było struktury podobne do głowy, a nie do ogona.

W kolejnych tygodniach anomalia tylko się nasilała. W hodowli obok zwykłych płazińców pojawiały się kolejne dwugłowe osobniki. Powtarzalność zmian pozwoliła zespołowi przeprowadzić dokładne analizy morfologiczne i molekularne, które potwierdziły, że nie chodzi o przypadek ani uszkodzenie ciała.

Zwierzęta miały w pełni uformowane dwie głowy, ale nie miały tylnego odcinka jelita, ujścia układu wydalniczego ani charakterystycznych markerów genetycznych tkanek ogonowych. Biolodzy stwierdzili więc, że doszło do głębokiego zaburzenia osi ciała, prawdopodobnie związanego z błędną reakcją komórek macierzystych na gradient morfogenów.

To właśnie te molekularne „mapy” decydują, co będzie przodem, a co tyłem zwierzęcia. Jeśli sygnały zostaną zakłócone, efekt może być dramatyczny. Tutaj jednak organizm przetrwał – co czyni zjawisko jeszcze bardziej niezwykłym.

Robaki z dwiema głowami funkcjonowały i regenerowały się. Biolodzy mówią o „braku precedensu”

Największą niespodzianką było zachowanie płazińców po przecięciu ich na części. Stenostomum potrafią regenerować niemal cały organizm, ale tu natura poszła o krok dalej. Obie głowy potrafiły odtworzyć brakujący ogon. Co więcej, u fragmentów z odwróconą głową odtwarzanie następowało zgodnie z odwróconą osią ciała. Innymi słowy: coś, co wcześniej było przodem, stawało się tyłem.

To absolutnie nie mieści się w obowiązujących modelach biologii rozwojowej. U większości zwierząt oś przód–tył ustalana jest na etapie embrionalnym i pozostaje niezmienna przez całe życie. Wiadomo, że można ją sztucznie zaburzyć u wypławków, manipulując ekspresją genów, ale spontaniczne, powtarzalne i stabilne odwrócenie tej osi u dorosłych, rozmnażających się płazińców – tego nie notowano nigdy.

Dwugłowe osobniki były w stanie jeść, rosnąć i choć z trudnością, to jednak poruszać się. Każda głowa reagowała na bodźce niezależnie, przez co robaki zachowywały się chaotycznie. Badacze opisują je jako „niezgrabne, ale żywe”.

Anomalie utrzymywały się przez dwa miesiące, po czym stopniowo zanikały. To sugeruje, że nie była to cecha dziedziczna całej populacji, lecz punktowa deformacja powstała w pojedynczych komórkach macierzystych.

Jak powstał ten „błąd natury”? Wykluczono mutacje populacyjne. Zostaje jedno wytłumaczenie

Naukowcy rozważali trzy scenariusze: mutację genetyczną obejmującą cały organizm, wpływ środowiska lub lokalne zaburzenie działania komórek macierzystych. Pierwszą hipotezę wykluczono natychmiast, ponieważ potomstwo dwugłowych robaków było całkowicie normalne. Druga również nie pasowała, bo gdyby środowisko było winne, objawy wystąpiłyby u większości osobników.

Najbardziej prawdopodobne pozostaje więc to, co dr Gąsiorowski określa jako „błąd rozwojowy”. Komórki macierzyste w niektórych segmentach najprawdopodobniej błędnie odczytały sygnały morfogenów odpowiedzialne za określanie osi organizmu. To mogło wynikać z mutacji w pojedynczych komórkach lub z zakłócenia sygnałów w skali mikro.

To, że tak poważny błąd nie doprowadził do śmierci organizmu, lecz do jego przetrwania, jest właśnie kluczem do naukowej sensacji. Bez tego cały fenomen byłby tylko kolejną deformacją kończącą się śmiercią zwierzęcia – a takich przypadków w biologii jest wiele.

Co to odkrycie mówi o ewolucji i regeneracji? Znacznie więcej, niż wielu sądzi

Stenostomum mają bardzo prostą budowę, ale to właśnie czyni je idealnym materiałem do badań nad regeneracją. Posiadają pluripotencjalne komórki macierzyste w dorosłym organizmie, dzięki czemu potrafią odtwarzać fragmenty ciała, które u bardziej złożonych zwierząt nie podlegają regeneracji.

Zespół UW uważa, że zrozumienie, w jaki sposób te komórki określają kierunek przód–tył, może być kluczem do badań nad regeneracją tkanek u bardziej złożonych organizmów. Jeśli naukowcy poznają mechanizm, który pozwala odwrócić oś ciała, być może w przyszłości podobne procesy uda się kontrolować w laboratoriach.

Nie oznacza to oczywiście, że ludzie kiedykolwiek będą odrastać jak płazińce. Ale już dziś badania nad planariami czy stenostomum przyczyniają się do lepszego rozumienia procesów starzenia, naprawy tkanek czy leczenia uszkodzeń układu nerwowego.

Co dalej? Badania nad genami i sygnałami molekularnymi już trwają

Naukowcy z UW planują kolejne eksperymenty, które mają odpowiedzieć na pytania o dokładny mechanizm powstawania deformacji. Chcą sprawdzić, które geny aktywują się podczas formowania nowego osobnika w procesie paratomii oraz jak zmienia się ekspresja w momencie „pomyłki” organizmu.

W przyszłości badacze chcą również sprawdzić, czy manipulując ekspresją wybranych genów, można sztucznie wywołać powstawanie głowy lub ogona. Z pozoru brzmi to jak eksperymenty rodem z science fiction, ale właśnie tego typu badania tworzą fundament przyszłej biologii regeneracyjnej.

Dr Gąsiorowski przyznaje, że nie wiadomo, czy podobne anomalia zdarzają się w środowisku naturalnym. Płazińce są zbyt małe, zbyt trudne do obserwacji i zbyt szybko eliminowane przez drapieżniki. To jednak tylko zwiększa wagę odkrycia – bez laboratoryjnej hodowli nikt nigdy nie zobaczyłby dwugłowych robaków, które funkcjonują jak żywy eksperyment ewolucyjny.

Źródło: naukawpolsce.pl

Bartek Kwiryń