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人类可从大自然学到很多东西,本文探索了动物和细菌在面对稀缺资源、捕食者和其他挑战时如何使用不同的策略,找到生存和发展的方式。

01再生恢复法

人类的再生能力是有限的:折骨接合,伤口愈合,大部分肝脏可以再生,但仅限于此。而蝾螈拥有更强的再生能力,让人类艳羡。有一种大型蝾螈也称为墨西哥蝾螈,它看起来像一条20厘米长的鳗鱼,有着短粗的腿,这腿可以代替整个缺失的肢体甚至尾巴,这意味着蝾螈可以再次生长脊髓,脊柱和肌肉。目前,大约有30个研究小组正在探索这些蝾螈是如何做到的。 他们发现,蝾螈是依靠各种组织一起运作来检测肢体丧失并协调再生的。 在这个过程中,动物通过重新激活相同的遗传回路,在胚胎发育过程中引导这些结构的形成,使通用干细胞适应。

然而在拥有再生能力的动物中,蝾螈只是其中之一,而被称为真涡虫的扁虫恢复能力更强——能够在失去90%的身体后再生。这些2厘米长的水生蠕虫中的一小片就可以使大脑、皮肤、肠道和所有其他功能性器官恢复活力。在此过程中,干细胞是关键,活跃在肌肉中的一组特殊基因告诉干细胞应该做什么,在正确的时间激活正确细胞质的生长和特化基因。所以真涡虫几乎可以从头开始重建自己,而蝾螈只有在主体轴完整时才能重建。今年,研究人员通过对这两个物种的基因组进行测序,进一步细化了再生的分子。

02为了生存而偷窃基因

想象一下住院癌症患者的肺部感染肆虐,当强大的抗生素淹没患者的系统时,肺炎克雷伯菌似乎注定要失败。但它可以实施一项经过数十亿年磨练的恢复策略,从另一个细胞中借用一种能够使病原体存活的基因。当环境改变时,有机体适应或死亡,而肺炎克雷伯菌和其他细菌通过阻断来自其他地方的基因(包括环境中松散的各种细菌和DNA分子)来增加适应过程。

研究人员认为肺炎克雷伯菌从另一个尚未确定的细菌中获得了抗生素干扰基因blaKPC。 配备该基因的细菌可以分解出一种能分解几种抗生素的酶。与自然界的许多快速恢复策略一样,窃取基因也有其成本。有时微生物包含有害基因,而不是有用的基因。就像一个篮球队的新球员一样,从获得的基因产生的蛋白质可能不会与细胞的其他蛋白质啮合。但不幸的是,对于患者来说,肺炎克雷伯氏菌的策略工作做得很好,这些细菌杀死了40%-70%的感染者。

 

文章来源:http://www.sciencemag.org/news/2018/03/stealing-genes-regrowing-limbs-how-life-finds-way-survive-and-thrive,经本站翻译

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