Ślimakowi morskiemu odrasta tułów z odciętej głowy, czyli “autotomia z kleptoplastią”

 Dwoje japońskich badaczy odkryło, że znaczny odsetek (33%) dwóch gatunków ślimaków morskich (Elysia cf. marginata i E. atroviridis) odrzucały własne głowy (“autotomia”, wymyślne słowo na „samoamputację”) w laboratorium. Następnie głowy regenerowały nowe tułowia i to szybko, w ciągu 20 dni. Odrzucone tułowia, które nie regenerowały nowych głów, ale umierały, zawierały serce i układ pokarmowy. Głowy tymczasem zabliźniały ranę po „dobrowolnym” oddzieleniu się od tułowia, w ciągu kilku godzin zaczynały zjadać glony i zregenerowane ciało było gotowe po 20 dniach. 

Tutaj jest zdjęcie czterech etapów autotomii z artykułu (podpis też z artykułu):

A) Głowa i ciało Elysia cf. marginata (osobnik nr 1) tuż po autotomi (dzień 0), z sercem pozostającym w tułowiu (strzałka). (B) dzień 7, (C) dzień 14, (D) dzień 22, pokazujący całe zregenerowane ciało.

22 dnia są ponownie całe, z bijącym sercem i układem trawiennym. Widzicie ten zielony kolor? To są glony, które żyją w komórkach mięczaka: klucz do tego, skąd czerpią energię do regeneracji.

Tutaj jest tweet z wideo oddzielania głowy i tułowia. To jest naprawdę dziwaczne! (kliknij na ikonę z ptaszkiem)

Autorzy zebrali 82 ślimaki z morza, na których pasożytowały widłonogi Arthurius. Ten pasożyt żyje w ciele (ale nie w głowie) i hamuje rozmnażanie się. Wiele z nich pozbyło się swoich tułowii, kiedy przyniesiono je do laboratorium. Tutaj jest pasożyt:

To dało wskazówkę, dlaczego odrzucają tułowia: żeby pozbyć się pasożytów, które żyją w tam i przeszkadzają w rozmnażaniu ślimaka. Może być adaptacyjne odrzucanie tułowia razem z pasożytami, nawet jeśli potrzeba znacznej energii by je zregenerować.

Z 82 osobników z pasożytami, zebranych w morzu, 41 odrzuciło swoje tułowia. Z nich 13 zregenerowało je, ale reszta umarła. Nie ma więc gwarancji, że przeżyjesz, jeśli odrzucisz pełne pasożytów ciało. Jeśli jednak jesteś trwale wysterylizowany przez pasożyta lub jeśli twoje rozmnażanie jest poważnie zredukowane, zaryzykowanie może być adaptacyjne; twoje dostosowanie netto może być wyższe w ten sposób. Zregenerowane ciała bez pasożytów są całkowicie płodne.

Kolejną wskazówką, że ta cecha jest adaptacyjna, jest to, że ślimaki morskie mają na szyjach “rowek poprzeczny” – linię, wzdłuż której zachodzi oderwanie. To sugeruje, że odrzucanie tułowia było stałą cechą w ewolucji ślimaków morskich. Tutaj jest rowek:  

Kiedy autorzy wiązali nylonową nitkę wzdłuż rowka, ślimaki rozłamywały się w tym miejscu, odrzucając tułów, który stanowi 80-85% ich całej wagi. Kiedy jednak autorzy symulowali atak drapieżnika, szczypiąc głowę lub odcinając części ciała, ślimaki nie rozłamywały się. To sugeruje, że autotomia, jeśli jest adaptacją, to jest adaptacją dla pozbycia się pasożytów, a nie dla ucieczki przed drapieżnikami. (Wiele zwierząt pozbywa się części ciała, kiedy są atakowane, jak jaszczurki i salamandry, które pozbywają się ogona, kiedy chwyta je drapieżnik.)

Pozostaje pytanie: skąd oddzielone głowy biorą energię do regenerowania kosztownego tułowia? Odpowiedzią jest kolejne wymyślne słowo: kleptoplastia. Oto jak je tłumaczą autorzy:

Jak te sacoglossa mogą regenerować swoje ciało, mimo że straciły większość narządów, pozostaje niejasne, ale podejrzewamy udział kleptoplastii. U Elysia, bardzo rozgałęziony gruczoł trawienny znajduje się na większości powierzchni ciała ślimaka, włącznie z głową, a ten gruczoł jest wyścielony komórkami, które utrzymują połknięte chloroplasty glonów. Tak więc, te sacoglossa mogą zdobyć energię na przeżycie i regenerację z fotosyntezy przez kleptoplastię, mimo że nie mogą trawić pokarmu.

Moim pytaniem do tej odpowiedzi jest to: “czy otrzymują wszystko, czego potrzebują do odtworzenia ciała od chloroplastów z glonów, włącznie z aminokwasami, cukrami i tłuszczem?” Podejrzewam, że tak: skąd bowiem miałyby je inaczej wziąć? Może jednak zachodzi także trochę trawienia w otworze gębowym.  

Gdzie to wszystko pasuje w biologii? Zjawisko autotomii jest dobrze znane, jak również zdolność wielu zwierząt do regenerowania utraconych części ciała. Niezwykła jest tutaj regeneracja całego tułowia po odrzuceniu go, włącznie z sercem, o którym sądziliśmy, że jest niezbędne, by utrzymać głowę przy życiu! Autorzy mówią:

Zarówno Elysia cf. marginata, jak i E. atroviridis odrzucały cały tułów, włącznie z sercem. Niektóre inne ślimaki morskie, które także dokonują autotomii, odrzucają pomniejsze części ciała, takie jak ogon, parapodia, lub brodawki grzbietowe. Inne bezkręgowce (np., parzydełkowce, płazińce i rozgwiazdy) potrafią zregenerować główne ciało po podziale. Także wiadomo, że niektóre płazy mają dużą zdolność regeneracji, włącznie z ogonami, kończynami, oczyma, a nawet komorami serca. Jednak autotomia w tym badaniu jest niezwykła, ponieważ zwierzę o złożonym planie ciała może przeżyć nawet po utracie całego tułowia, włącznie z sercem, a następnie zregenerować wszystko co utraciło. Powód, dla którego głowa może przeżyć bez serca i innych ważnych narządów, jest niejasny. Udało nam się hodować Elysia cf. marginata przez wiele pokoleń, więc mogą być użyte jako model do badania autotomii i regeneracji ciała.

Nie jest zaskakujące, że zwierzę ma potencjał do zregenerowania ciała: przecież każda komórka ślimaka morskiego zawiera całą genetyczną informację potrzebną do stworzenia kolejnego całego ślimaka morskiego. Sztuką jest jednak to, jak zmobilizować tę informację, która normalnie jest nieaktywna w niewłaściwych częściach ciała. (Nie aktywujemy genów tworzących wątrobę tam, gdzie powinno być serce.) W jakiś sposób tutaj jest mechanizm do zmiany regenerujących komórek w komórki totipotentne: zdolne do stworzenia każdej części ciała startując od zera. Gdybyśmy mogli zrozumieć, jak one to robią, moglibyśmy być w stanie robić to sami, regenerując utracone lub chore narządy. To jest jednak czysta spekulacja; nie jesteśmy przecież bezkręgowcami.

h/t: Matthew

_____________

Mitoh, S. and Y. Yusa. 2021. Extreme autotomy and whole-body regeneration in photosynthetic sea slugs. Current Biology 31:R233-R234.

Sea slug regrows entire body from just the decapitated head, or “autotomy with kleptoplasty”

Why Evolution Is True, 9 marca 2021

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska