Podczas hodowli mikroskopijnych płazińców z rodzaju Stenostomum naukowcy z UW zaobserwowali zjawisko dotąd nie opisane w świecie zwierząt. W miejscu, gdzie powinien powstać ogon, wytworzyła się druga, w pełni wykształcona głowa. Takie robaki potrafiły normalnie funkcjonować – poruszały się, choć niezgrabnie, i odżywiały.
Płazińce potrafią się regenerować
– Kiedy przecięliśmy je na pół, okazało się, że mogą się zregenerować, a u części z nich doszło do odwrócenia osi ciała, czyli zamiany przodu z tyłem – powiedział PAP autor badania dr Ludwik Gąsiorowski z Instytutu Biologii Ewolucyjnej Uniwersytetu Warszawskiego.
Zjawisko to po raz pierwszy zauważyła doktorantka dr Gąsiorowskiego, Katarzyna Tratkiewicz, w czasie rutynowej obserwacji jednej z hodowli Stenostomum brevipharyngium. Niektóre osobniki wyraźnie odbiegały od normy. W miejscu, gdzie powinien znajdować się ogon, u nich pojawiła się druga głowa. Ku zaskoczeniu naukowców była ona w pełni uformowana, m.in. z gardzielą i innymi prawidłowo funkcjonującymi strukturami.
Dwugłowe robaki
Dalsze obserwacje wykazały, że nie było to pojedyncze zdarzenie. Przez kilka miesięcy w hodowli utrzymywała się populacja, w której obok zwykłych robaków występowały również dwugłowe. Ta powtarzalność pozwoliła badaczom przeprowadzić szczegółowe analizy morfologiczne i molekularne. Na ich podstawie powstała publikacja, która ukazała się w czasopiśmie „Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences”.
Płazińce z rodzaju Stenostomum należą do nielicznych zwierząt, które potrafią nie tylko regenerować utracone części ciała, ale również rozmnażać się bezpłciowo. W naturze takie zdolności są stosunkowo rzadkie. Występują u zaledwie kilku grup organizmów, m.in. niektórych parzydełkowców, wypławków czy pierścienic.
Każda głowa reagowała inaczej
Ku zaskoczeniu naukowców osobniki takie były w stanie funkcjonować. Rosły, pobierały pokarm i trawiły go. Jedynie poruszanie się sprawiało im trudności, ponieważ każda głowa reagowała na bodźce niezależnie. Szczegółowe analizy morfologiczne i molekularne wykazały dodatkowo, że dwugłowym płazińcom brakowało tylnego fragmentu jelita i ujścia układu wydalniczego oraz ekspresji niektórych markerów genetycznych charakterystycznych dla tkanek ogonowych.
W kolejnym etapie badań naukowcy pocięli nietypowe osobniki, by sprawdzić ich zdolności regeneracyjne. Okazało się, że obie głowy odtworzyły brakujące ogony. Co ciekawe, u fragmentów z odwróconą głową po regeneracji ustalała się odwrócona oś ciała, co oznacza, że nowy ogon wyrastał po przedniej stronie.
– Czyli to, co wcześniej było przodem robaka, stawało się jego tyłem. Takie zjawisko nie ma precedensu wśród zwierząt, bo zazwyczaj orientacja ciała jest ustalana raz, na etapie rozwoju zarodkowego i pozostaje niezmienna przez całe życie – podkreślił dr Gąsiorowski.
Anomalie rozwojowe
Anomalie pojawiały się w hodowli przez kolejne dwa miesiące, po czym samoistnie ustąpiły. Badacze rozważali różne hipotezy dotyczące ich przyczyny: od mutacji genetycznych na poziomie całego organizmu po wpływ czynników środowiskowych. Tę pierwszą hipotezę szybko wykluczyli, ponieważ klonalne potomstwo dwugłowych osobników było całkowicie normalne. Druga natomiast powinna skutkować pojawieniem się objawów u większości osobników w hodowli, a nie tylko u niektórych zwierząt.
– Najbardziej prawdopodobny wydaje się więc błąd rozwojowy. W niektórych komórkach macierzystych mogło dojść do błędnej reakcji na gradient morfogenów, wynikającej na przykład z mutacji na poziomie pojedynczych komórek – wyjaśnił dr Gąsiorowski.
Plastyczność organizmu
Naukowiec podkreślił, że odkrycie jego zespołu ma duże znaczenie dla zrozumienia granic plastyczności organizmów i mechanizmów regeneracji. Tak głęboka przebudowa planu ciała, bez utraty funkcji życiowych, pokazuje, jak elastyczne potrafią być nawet (a może szczególnie) najprostsze formy życia.
Badacz przypuszcza, że w przypadku Stenostomum za tę wyjątkową właściwość odpowiadają dwa czynniki: nieskomplikowana budowa ciała oraz zdolność do regeneracji, możliwa dzięki obecności w dorosłym organizmie pluripotencjalnych komórek macierzystych.
