Sebagai anak yang bodoh, saya menangkap ekor kadal dan, ingin memamerkan keterampilan berburu saya, memutuskan untuk menunjukkannya kepada ibu saya. Kadal hari itu belum siap untuk meluaskan lingkaran pergaulannya, dan karenanya menjatuhkan ekornya dan menghilang ke rerumputan. Dan di sini saya berdiri di tengah taman dengan ekor menggeliat tanpa pemiliknya di tangan saya, tidak mengerti apa yang telah terjadi. Peristiwa masa kanak-kanak yang mencolok ini adalah contoh utama dari perilaku adaptif dan regenerasi reparatif. Seseorang juga mengalami regenerasi, tetapi bukan reparatif, tetapi fisiologis (lapisan luar kulit, kuku, rambut, dll). Tapi salamander dianggap ahli regenerasi, mampu menumbuhkan kembali anggota tubuh yang hilang. Namun, mereka bukan satu-satunya pemilik hadiah unik ini. Misalnya, hydra, genus sessile air tawar rongga usus,hampir sepenuhnya pulih bahkan setelah memotong menjadi beberapa bagian. Sekelompok ilmuwan dari University of Arizona (AS) menemukan bahwa aligator Mississippi juga mengalami regenerasi reparatif. Bagaimana proses pemulihan pada aligator, bagaimana perbedaan regenerasinya dari organisme lain, dan adakah perbedaan antara dahan asli dan yang beregenerasi? Kami akan menemukan jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini dalam laporan para ilmuwan. Pergilah.
Dasar penelitian
Regenerasi secara inheren merupakan kemampuan yang cukup umum. Namun, kekuatan dan fungsinya berbeda antara spesies, famili, dan genera organisme hidup. Misalnya, reptilia non-unggas adalah satu-satunya kelompok yang meregenerasi struktur multi-jaringan yang kompleks (misalnya, ekor), sedangkan mamalia dan burung menunjukkan kemampuan yang sangat terbatas untuk beregenerasi di masa dewasa (regenerasi embrio tidak dipertimbangkan dalam penelitian ini).
Tidak seperti vertebrata yang mengalami regenerasi, kebanyakan mamalia mengalami proses penyembuhan dan perbaikan jaringan yang lama setelah cedera. Proses ini mengarah pada pembentukan jaringan parut, yang telah mengurangi fungsionalitas dan sensitivitas serta meningkatkan risiko infeksi. Dengan kata lain, proses penyembuhan luka pada tubuh manusia tidak bisa disebut regenerasi.
Untuk memahami mekanisme regenerasi, pertama-tama harus memahami esensinya, yaitu. mengapa itu dibutuhkan. Saat ini, alasan utama munculnya regenerasi pada beberapa hewan adalah pengaruh predator. Di antara banyak spesies ikan bertulang, berudu tak berekor, amfibi laut, dan reptil non-unggas, predasi subletal tersebar luas, ketika mangsa memiliki peluang tertentu untuk menghindari kematian, meskipun ia mengalami kerusakan serius. Hasilnya, beberapa spesies salamander dan kadal telah mengembangkan kemampuan untuk mengautotomi * ekornya sebagai taktik untuk menghindari predator.
Autotomi * - kemampuan hewan untuk melepaskan anggota tubuhnya sendiri jika terjadi bahaya atau karena adanya stimulus eksternal.Meski begitu, melepaskan ekor bukanlah contoh autotomi yang paling ekstrem. Tikus elang ( Acomys ) benar-benar keluar dari jalan mereka jika ada bahaya. Hewan pengerat yang luar biasa ini mampu meregenerasi kulit sepenuhnya (termasuk folikel rambut, dermis, dll.) Dan bahkan telinga (yaitu jaringan tulang rawan).
Untuk informasi lebih lanjut tentang autotomi tikus dengan sulaman, lihat karya ilmuwan di University of Kentucky
Beregenerasi atau tidak adalah masalah yang sangat penting bagi banyak spesies selama evolusi, karena keterampilan ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Di satu sisi, ada peluang untuk menghindari kematian di gigi predator. Di sisi lain, kehilangan anggota tubuh akibat autotomi dapat sangat memengaruhi mobilitas, konservasi energi, dan bahkan seleksi seksual selama musim kawin. Oleh karena itu, spesies harus menentukan sendiri apa yang lebih penting baginya dalam situasi seperti itu.
Hilangnya atau tidak adanya regenerasi awal pada banyak mamalia dikaitkan dengan perkembangan sistem kekebalan khusus, peningkatan regulasi siklus sel, atau perkembangan endotermia. Proses seperti penurunan respons terhadap cedera, pembentukan epidermis khusus di area luka, pemodelan ulang matriks ekstraseluler, reinnervasi dan reaktivasi jalur perkembangan konservatif biasa terjadi pada vertebrata yang mampu regenerasi. Ini menunjukkan adanya inti bersama dari kapasitas regeneratif spesies yang berbeda. Di sisi lain, kapasitas regeneratif pelengkap vertebrata sangat bervariasi dan dapat dianggap sebagai spektrum dengan mekanisme aktivasi, karakteristik fungsional, dan derajat regenerasi yang berbeda.
Gambar №1: distribusi kemampuan regeneratif pada hewan yang berbeda.
Misalnya, ikan dari genus Danio ( Danio ), axolotl dan berudu katak Xenopus mampu memulihkan struktur yang hampir identik dengan pelengkap aslinya. Katak Xenopus dewasa menunjukkan regenerasi non-identik. Dan sebagian besar mamalia sama sekali tidak menggantikan anggota tubuh yang hilang.
Kemampuan regeneratif hewan juga dipengaruhi oleh karakteristik fisik individu: ukuran tubuh, usia, tahapan siklus hidup, dll. Hanya ada sedikit data tentang aspek-aspek ini. Sejauh ini, diketahui bahwa peningkatan ukuran tubuh dapat memperlambat penyembuhan tungkai baru, dan tahapan siklus hidup yang berbeda mempengaruhi regenerasi pada katak Xenopus .
Mari kembali ke domba jantan kita, lebih tepatnya ke reptil. Mengingat keanekaragaman spesiesnya, perwakilan dari kelas ini tinggal di berbagai belahan dunia, itulah sebabnya ada sejumlah perbedaan dalam karakteristik fisiologis, perilaku, dan morfologis.
Jika kita mempertimbangkan ekornya, sangat jelas bahwa anggota tubuh ini sangat penting untuk penggerak, konservasi energi dan seleksi seksual. Habitat spesies ini atau itu dalam perjalanan evolusi sangat memengaruhi struktur ekor dan, akibatnya, kemampuan regenerasinya.
Reptil diwakili oleh tiga infra-kelas yang ada: Neodiapsida , yang mencakup penyu; Archosauromorpha (buaya dan burung); Lepidosauromorpha , mis. bersisik (kadal, ular).
Menumbuhkan anggota tubuh baru untuk salamander tidaklah sulit, tetapi membutuhkan waktu yang lama.
Kadal, seperti yang kita ketahui, mampu melepaskan ekornya dan menumbuhkan ekor baru yang secara anatomis berbeda dari aslinya. Endoskeleton utama dari ekor kadal yang beregenerasi terdiri dari tabung tulang rawan tak beregmentasi yang membungkus ependymus dan akson descending sentral. Selama regenerasi ekor, tidak ada neuron baru yang terbentuk, sebaliknya akson yang tumbuh kembali berasal dari neuron yang terletak di sumsum tulang belakang dan ganglia akar dorsal, yang berasal dari rintisan ekor. Selain itu, otot rangka yang beregenerasi membentuk serat longitudinal yang terletak secara radial di sekitar tabung tulang rawan dan tidak memiliki organisasi.
Ular tidak menggantikan ekor yang hilang karena cedera, tetapi Tuatars (genus reptil Sphenodon , yang hidup secara eksklusif di Selandia Baru) menumbuhkan endoskeleton tulang rawan (seperti kadal), tetapi otot rangka minimal atau tidak ada. Sebagian besar ekor tuatara yang tumbuh kembali terdiri dari jaringan ikat padat yang menyerupai jaringan fibrosa.
Dari contoh-contoh ini, tampak jelas bahwa regenerasi ekor tidak hanya terjadi pada spesies mana pun, dan proses pemulihan anggota tubuh yang hilang berbeda.
Memelihara aligator di rumah bukanlah ide yang baik, dan inilah alasannya.
Sangat jelas bahwa ada dugaan bahwa buaya modern (aligator, caiman, buaya, dan gharial) juga memiliki kemampuan regeneratif. Penelitian di bidang ini dilakukan agak dangkal, sehingga hingga saat ini belum ada gambaran lengkap prosesnya. Oleh karena itu, dalam pekerjaan ini, para ilmuwan memutuskan untuk mempertimbangkan secara rinci bagaimana buaya di hadapan buaya Mississippi dapat menumbuhkan ekor yang hilang.
Hasil penelitian
Dengan menggunakan data anatomi dan histologis, para ilmuwan melakukan analisis komparatif dari jaringan segmen ekor asli dan yang tumbuh kembali yang terletak di dekat persimpangan buaya Mississippi.
Gambar # 2
Segmen ekor asli ditutupi dengan sisik persegi panjang yang tidak tumpang tindih dan pelat punggung disusun dalam baris melintang ( 2a - 2c ). Sisik punggung tidak rata dan lebih gelap dari sisik perut ( 2a - 2f ). Di antara sampel yang dianalisis, hanya sampel A01 yang dipasangkan pelindung punggung, menunjukkan bahwa A01 menerima cedera yang lebih proksimal (lebih dekat ke pusat) ( 2d).).
Radiografi menunjukkan bahwa setiap vertebra ekor proksimal sesuai dengan satu baris sisik dan memiliki duri memanjang (proses punggung yang merupakan bagian dari puncak) dan papofisis (proses vertebra di sisi perut, yaitu di bawah) ( 2g - 2i ).
Vertebra kaudal, terletak tepat di proksimal lokasi yang diduga cedera, tidak memiliki proses dorsal ini dan memiliki fisura tulang, yang menunjukkan hasil dari renovasi ( 2g - 2i ).
Sebagai sampel kontrol, ekor betina muda dianalisis, di mana tidak ada kerusakan. Kerangka aksial aligator terdiri dari 65 vertebra, 38-41 di antaranya adalah caudal (disingkat Ca vertebrae). Dalam sampel A00, total 40 vertebra ekor diidentifikasi.
Vertebra ekor 1-14 memiliki proses melintang, yang konsisten dengan studi anatomi sebelumnya. Kolom vertebral diperpanjang sepanjang seluruh ekor, dan proses vertebral secara bertahap menyempit menuju ujung distal. Selain itu, setiap vertebra ekor berhubungan dengan satu segmen skala dengan
pelat punggung berpasangan yang berakhir di segmen 18. Karena hanya A01 yang menunjukkan pelat punggung berpasangan di segmen ekor asli ( 2d ), para ilmuwan menyatakan bahwa individu ini telah kehilangan sekitar setengah dari ekor posteriornya (bisa dikatakan, belakang). Sampel A02 dan A03 hanya menunjukkan sisik punggung tunggal di segmen ekor aslinya. Hal ini menunjukkan bahwa ekor telah dipotong di bagian distal ke segmen 18 ( 2e dan 2f ). Penghitungan baris sisik memungkinkan untuk memperjelas posisi cedera di A02 dan A03: pemotongan masing-masing dekat vertebra 24 dan 20.
Mengingat tulang belakang buaya tidak memiliki area khusus untuk autotomi, hilangnya sebagian ekornya dapat menyebabkan cedera atau cacat lahir, dan tidak dibuang, seperti pada kadal.
Gambar No. 3
Pada tahap penelitian berikutnya, perhatian diberikan pada anatomi dan histologi otot rangka ekor asli.
Di sekitar kolom tulang belakang ada sejumlah besar otot, dibagi menjadi dua oleh septum horizontal tebal menjadi bagian epaksial terpisah (terletak di sisi dorsal sumbu) dan bagian hipaksial (terletak di sisi ventral sumbu) ( 3a dan 3b ).
Otot epaksial terdiri dari M. longissimus dan M. transversospinalis , yang dipisahkan oleh septum dorsal intermuskuler ( septum intermusculare dorsi ). Sedangkan M. longissimusmenempati sebagian besar daerah epaksial, M. transversospinalis relatif tipis.
Daerah hipaksial hanya terdiri dari otot M. ilio-ischiocaudalis ( 3a dan 3b ), yang biasanya dilengkapi oleh M. caudofemoralis di daerah ekor proksimal. Perlu dicatat bahwa M. caudofemoralis diharapkan tidak ditemukan pada sampel yang diteliti , karena kerusakan pada ekor terletak di distal lokasi proses transversal dan M. caudofemoralis .
Pewarnaan hematoksilin dan eosin (H&E) pada bagian melintang otot proksimal menunjukkan ikatan serabut otot yang homogen dikelilingi oleh membran basal ( 3c dan 3d ).
Studi imunohistokimia (IHC) menunjukkan bahwa otot terutama mengandung serat tipe II * ( 3e - 3h ).
Serat otot tipe II * adalah serat otot kedutan cepat yang dibutuhkan untuk ledakan energi yang pendek dan kuat, mis. untuk tindakan jangka pendek dengan intensitas tinggi.
Gambar №4
Memahami terdiri dari apa ekor aligator yang sehat, para ilmuwan mulai menganalisis ekor yang tumbuh kembali dan membandingkannya dengan aslinya.
Buaya dapat menumbuhkan (meregenerasi) ekornya, tetapi tidak dengan anggota tubuh lainnya. Rata-rata panjang ekor yang tumbuh kembali adalah 15,7 ± 7,3 cm; sekitar 6-18% dari total panjang tubuh. Pada saat yang sama, sangat mudah untuk menentukan segmen yang tumbuh kembali dengan morfologi luarnya.
Sisik dari ekor yang tumbuh kembali berbeda dalam warna dan pola relatif terhadap ekor aslinya. Sisik hitam kecil tersebar merata di sekitar lingkar ekor yang beregenerasi, yang tidak memiliki sisik punggung ( 4a - 4d). Sisik ini melekat kuat pada jaringan di bawahnya. Pemeriksaan yang lebih rinci pada kulit ekor yang tumbuh kembali menunjukkan adanya semua lapisan khas epidermis dan dermis ( 4i ).
Hasil rontgen menunjukkan bahwa tidak ada tulang pada segmen ekor yang tumbuh kembali, tetapi ditemukan struktur seperti batang ( 4e - 4g ). Dalam satu sampel (A04), struktur ini terdapat pada ekor yang tumbuh kembali, yang menonjol dari permukaan punggung ekor asli (4 jam ). Situasi ini kemungkinan besar disebabkan oleh cedera yang tidak menyebabkan amputasi lengkap pada ekornya.
Gambar No. 5
Sampel ini juga kekurangan ujung distal dari ekornya dan terdapat segmen kecil yang beregenerasi. MRI mengkonfirmasi adanya struktur seperti batang yang tidak berongga, berongga ( 5a ) dengan lubang yang tersebar di sepanjang ekor ( 5b - 5e ).
Para ilmuwan mencatat bahwa lubang serupa di ekor yang beregenerasi sebelumnya ditemukan pada kadal hijau ( Lacerta viridis ), dan mereka berfungsi sebagai saluran untuk pertumbuhan kembali pembuluh darah dan akson. Pada ekor aligator, struktur seperti batang terletak di bagian perut ( 5c - 5f ).
Gambar No. 6
Pemeriksaan histologis dari struktur endoskeleton menegaskan bahwa endoskeleton terdiri dari tulang rawan daripada tulang. Pewarnaan jaringan trichrome menunjukkan matriks ekstraseluler kaya kolagen avaskular (ECM) yang jarang diisi dengan kondrosit bundar besar yang tertanam di lakuna * ( 6a dan panah hitam di 6b ).
Lacunae * - celah antar situs jaringan.Kondrosit yang lebih dekat ke antarmuka antara tulang rawan dan jaringan ikat sekitarnya lebih kecil dan lebih padat (panah putih pada 6b ).
Melalui IHC menggunakan kolagen COL2A1, dimungkinkan untuk mengidentifikasi daerah ( 6c dan 6d ) yang memisahkan tulang rawan dari jaringan ikat di atasnya. Tidak ada formasi serupa yang ditemukan pada sampel kontrol ( 6e dan 6f ).
Gambar # 7
Diseksi menunjukkan bahwa otot rangka tidak ada di segmen ekor yang tumbuh kembali, dan pemeriksaan imun dengan antibodi yang mengenali penanda sel spesifik otot menegaskan hal ini ( 7adan 7b versus 3e dan 3f ).
Pemeriksaan histologis menunjukkan kelebihan kolagen kulit, serta jaringan padat jaringan ikat fibrosa yang tidak rata yang jarang diisi dengan sel mononuklear ( 7c dan 7d ). Jaringan serat yang terjalin diwarnai merah dengan Picrosirius Red. Ini mengikuti dari ini bahwa itu didasarkan pada kolagen ( 7e dan 7f ) .
Juga ditemukan bahwa serat yang lebih besar termasuk dalam kolagen tipe I, dan yang lebih kecil termasuk kolagen tipe III ( 7gdan 7h ). Pola serupa diamati pada semua sampel. Satu-satunya perbedaan ditemukan pada sampel A03 ( 7i ), di mana terdapat kantong besar adiposit (jaringan adiposa).
Ekor yang tumbuh kembali memiliki banyak akson dan pembuluh darah dengan berbagai ukuran. Bundel saraf, diwakili oleh akson dalam selubung jaringan ikat, sering kali berdekatan satu sama lain ( 7i dan 7j ). Mengingat kekurangan otot rangka, dapat diasumsikan bahwa proses saraf ini lebih terlibat dalam persepsi sensorik daripada keterampilan motorik.
Identifikasi pembuluh darah dilakukan karena ciri khasnya, seperti adanya lumen yang dilapisi dengan sel endotel dan terkadang otot polos ( 7k ). Selain itu, eritrosit ditemukan dalam lumens pembuluh yang lebih besar, yang pada reptil memiliki bentuk elips dengan inti yang terletak di tengah ( 7l ).
Untuk pengenalan yang lebih mendetail tentang nuansa penelitian ini, saya sarankan Anda melihat ke dalam laporan para ilmuwan dan bahan tambahan padanya.
Epilog
Regenerasi adalah kemampuan yang luar biasa, tetapi kontroversial yang tidak melekat pada semua organisme hidup di Bumi. Pada pandangan pertama, regenerasi memiliki akar fungsional yang sama; namun, setelah diteliti lebih dekat, menjadi jelas bahwa ada mekanisme kerjanya yang berbeda.
Dalam pekerjaan ini, para ilmuwan memeriksa kemampuan regeneratif aligator Mississippi. Seperti kadal, predator tangguh ini mampu menumbuhkan ekornya sendiri. Namun, hilangnya anggota tubuh ini tidak terjadi dengan sendirinya (yaitu, ini bukan contoh autotomi), tetapi merupakan akibat dari cedera. Proses pemulihan ekor yang hilang memakan waktu berbulan-bulan, dan hasilnya sangat berbeda dari penampilan dan komposisi struktur aslinya. Tidak ada otot rangka yang ditemukan dalam sampel ekor yang tumbuh kembali. Sebaliknya, kolagen mendominasi, membentuk jaringan tulang rawan. Namun demikian, pembuluh darah dan ujung saraf cukup berkembang.
Mengapa aligator membutuhkan regenerasi? Ada banyak jawaban untuk pertanyaan ini, pilih salah satu, seperti yang mereka katakan. Pertama, aligator tidak dilahirkan dengan mesin kematian setinggi tiga meter. Akibatnya, di usia muda mereka bisa menjadi korban serangan predator besar dan kehilangan sebagian ekornya yang masih mereka butuhkan di masa dewasa. Kedua, buaya dibedakan berdasarkan persaingan berdarah mereka. Ketika dua laki-laki memperebutkan perempuan atau untuk wilayah, mereka siap untuk memisahkan satu sama lain, hanya untuk mendapatkan apa yang mereka inginkan. Tungkai patah dan ekor tergigit adalah cedera yang umum terjadi selama pertarungan. Dalam kasus pertama, kemuliaan evolusi, tulang aligator tumbuh bersama dengan cukup cepat. Yang kedua, regenerasi memasuki tempat kejadian.
Tentu saja, kemampuan regeneratif aligator masih jauh dari ideal. Namun, fakta bahwa spesies ini memiliki keterampilan yang begitu unik menimbulkan pertanyaan - mengapa burung kehilangannya? Dengan kata lain, ketika, dalam perjalanan evolusi, beberapa spesies memutuskan untuk meninggalkan regenerasi sama sekali, sementara yang lain mempertahankannya dalam beberapa bentuk? Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini masih belum ditemukan.
Saat ini, setiap penelitian tentang regenerasi membawa satu cara atau cara lain ke pengobatan. Orang, sayangnya (dan mungkin untungnya), tidak memiliki regenerasi yang kuat seperti, katakanlah, kadal atau hydra. Ya, tubuh kita, pada tingkat tertentu, diperbarui seiring waktu pada tingkat sel, tetapi ini hanyalah regenerasi fisiologis. Jika kita dapat memperoleh regenerasi reparatif, ini secara radikal akan mengubah tidak hanya pengobatan, tetapi juga kehidupan seseorang sebagai spesies.
Namun, jangan lupa bahwa segala sesuatu di alam terjadi karena suatu alasan. Evolusi, meskipun membingungkan, rumit dan terkadang tidak dapat dipahami, tetapi masih merupakan proses yang diverifikasi, di mana segala sesuatu terjadi karena suatu alasan. Alam menyerupai rumah kartu, di mana tempat tertentu dialokasikan untuk setiap spesies. Jika salah satu dari mereka berubah secara tiba-tiba, keseimbangan yang rapuh dapat terganggu dan rumah bisa runtuh.
Seseorang sering dikaitkan dengan kemajuan, yang mesin utamanya adalah sains, seringkali menimbulkan banyak perdebatan etis. Apa yang baik untuk kita dan apa yang baik untuk planet ini, apa yang benar dan apa yang menguntungkan - pertanyaan-pertanyaan ini terus-menerus muncul ketika komunitas ilmiah diisi kembali dengan penelitian atau penemuan luar biasa lainnya. Apapun jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini, kekuatan intelek manusia tidak dapat disangkal. Hal utama adalah itu diarahkan ke arah yang benar.
Jumat off-top:
.
Terima kasih atas perhatian Anda, tetap penasaran dan semoga akhir pekan Anda menyenangkan! :)
Sedikit iklan
Terima kasih untuk tetap bersama kami. Apakah Anda menyukai artikel kami? Ingin melihat konten yang lebih menarik? Dukung kami dengan memesan atau merekomendasikan kepada teman, cloud VPS untuk pengembang mulai $ 4,99 , analog unik dari server level awal yang kami ciptakan untuk Anda: The Whole Truth About VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps dari $ 19 atau bagaimana membagi server dengan benar? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).
Apakah Dell R730xd 2x lebih murah di pusat data Equinix Tier IV di Amsterdam? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 199 di Belanda!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - Dari $ 99! Baca tentang Bagaimana membangun infrastruktur bldg. sekelas dengan server Dell R730xd E5-2650 v4 dengan biaya € 9000 untuk satu sen?