Bliski krewny kręgowców potrafi zbudować całe ciało z fragmentu naczyń krwionośnych

Co właściwie znaczy „całe ciało”

Botrylloides to kolonijne osłonice morskie. Kolonia składa się z wielu małych osobników, czyli zooidów, połączonych wspólną siecią naczyń biegnących w galaretowatej osłonce. Każdy zooid ma zorganizowane narządy i otwory syfonowe, przez które filtruje wodę. W doświadczeniach można usunąć wszystkie dorosłe zooidy i pozostawić jedynie fragment obwodowej sieci naczyniowej z krążącymi komórkami. U wybranych gatunków z takiego materiału powstaje nowy, funkcjonalny osobnik. Nie chodzi więc o regenerację pojedynczego naczynia czy organu, lecz o ponowne zbudowanie kompletnej jednostki zwierzęcej.

Dlaczego pokrewieństwo ma znaczenie

Osłonice są bezkręgowymi strunowcami i należą do najbliższych żyjących krewnych kręgowców. Nie oznacza to, że dorosła osłonica przypomina człowieka albo rybę, ale jej miejsce na drzewie ewolucyjnym czyni zjawisko szczególnie interesującym. Regeneracja całego ciała jest szeroko spotykana u niektórych prostszych bezkręgowców, natomiast w obrębie strunowców jest niezwykle rzadka. Botrylloides pokazuje, że wspólny przodek grup o bardzo różnej dzisiejszej zdolności regeneracyjnej mógł wykorzystywać część tych samych konserwowanych szlaków rozwojowych, choć w różnych kontekstach.

Z naczyń pojawiają się ośrodki budowy nowego zwierzęcia

Po odcięciu fragmentu naczyniowego regeneracja może być inicjowana w wielu miejscach jednocześnie. Powstają skupiska komórek, z których rozwijają się pączki regeneracyjne; ostatecznie zwykle jeden z nich dominuje i tworzy funkcjonalnego zooida. Badania wskazywały na udział komórek wyrażających markery związane ze stanem macierzystym, takie jak Piwi, a w innym gatunku Botrylloides wykazano, że określona populacja krążących komórek może być konieczna do regeneracji i po pojedynczym przeszczepie ratować ten proces. Pokazuje to, że układ naczyniowy jest nie tylko przewodem transportowym, lecz także rezerwuarem komórek zdolnych uruchomić morfogenezę.

Program embrionalny bez zarodka

Budowa nowego osobnika wymaga ustalenia osi ciała, powstania warstw i narządów oraz skoordynowania ich wzrostu. W regeneracji Botrylloides aktywowane są m.in. szlaki kwasu retinowego, Wnt i Notch — mechanizmy znane również z rozwoju zarodkowego wielu zwierząt. Proces nie jest jednak po prostu powtórzeniem embriogenezy od zapłodnionej komórki jajowej. Startuje z dojrzałej tkanki i krążących komórek istniejącej kolonii, a organizacja regeneracji zachodzi w środowisku naczyniowym. To alternatywna droga dojścia do kompletnej anatomii dorosłego osobnika.

Nie należy mylić kolonii z pojedynczym człowiekiem

Łatwo przesadzić znaczenie tego przykładu, mówiąc, że „strunowiec odrasta z kropli krwi”. Fragment musi zawierać elementy układu naczyniowego i odpowiednie komórki, a Botrylloides jest organizmem kolonijnym o biologii bardzo odmiennej od kręgowców. Właśnie dlatego fakt jest ciekawy bez dodatkowego sensacjonalizmu. W obrębie strunowców istnieje naturalny system, w którym dorosła tkanka naczyniowa potrafi ponownie uruchomić program budowy całego funkcjonalnego ciała. Dla biologii regeneracji to skrajny punkt porównawczy wobec bardzo ograniczonej regeneracji dorosłych ssaków.

Wiele zaczątków może wystartować, ale zwykle wygrywa jeden

Po uruchomieniu regeneracji w fragmencie naczyń może pojawić się kilka ośrodków pączkowania równocześnie. Z czasem dochodzi do konkurencji między nimi i rozwój kontynuuje zwykle jeden dominujący zooid. To przypomina, że regeneracja całego ciała nie jest pojedynczą liniową reakcją jednej komórki. System najpierw dopuszcza wiele potencjalnych centrów organizacji, a później redukuje je do spójnego planu jednego osobnika. Takie zjawisko pomaga badać, jak lokalne centra wzrostu komunikują się na odległość i jak organizm wybiera jedną finalną architekturę.

Odbudowa obejmuje także potencjał rozrodczy

W opisanych systemach nowy zooid nie jest jedynie somatyczną atrapą zdolną filtrować wodę. Regeneracja może odtworzyć również linię płciową i pełną zdolność do dalszego funkcjonowania w kolonii. To podnosi poprzeczkę dla pojęcia „whole-body regeneration”: trzeba nie tylko zbudować narządy ciała, lecz także odtworzyć komórki zapewniające ciągłość pokoleń. W badaniach Botrylloides właśnie to połączenie regeneracji somy i potencjału reprodukcyjnego sprawia, że układ jest porównywany z najbardziej skrajnymi przykładami plastyczności rozwojowej u zwierząt.