ביולוגיה התחדשות

תהליך ההתחדשות

מקורו של חומר התחדשות

לאחר קטיעה, תוספת המסוגלת להתחדש מפתחת פיצוץ ברקמות ברקמות הגדם ממש מאחורי רמת הקטיעה (ראו תמונה). רקמות אלה עוברות שינויים דרסטיים. התאים שלהם, שבעבר התמחו כשריר, עצם או סחוס, מאבדים את המאפיינים שבאמצעותם הם מזוהים בדרך כלל (התבדלות); לאחר מכן הם מתחילים לנדוד לכיוון, ומצטברים מתחת לאפידרמיס הפצע, ויוצרים ניצן מעוגל (פיצוץ) שמתנפח מהגדם. תאים הקרובים לקצה הניצן ממשיכים להתרבות, בעוד שאלו הממוקמים הקרובים לרקמות הישנות של הגדם מבדילים לשריר או סחוס, תלוי במיקומם. הפיתוח נמשך עד שמבדלים בין המבנים הסופיים בקצה התוספת המחודשת וכל התאים המתרבים בתהליך נעשה.

מחלה אנושית: תיקון והתחדשות

על ידי החלפת תאים פגומים או הרוסים בתאים חדשים ובריאים, תהליכי התיקון וההתחדשות פועלים להחזרתם של האדם

נראה כי תאי הפיצוץ נבדלים לאותם סוג של תאים שהיו בעבר, או לסוגים קשורים זה לזה. תאים עשויים לשנות את תפקידם בתנאים מסוימים, אך ככל הנראה לעתים רחוקות עושים זאת. במידה ומושתלים פיצוץ בגפיים בחלק האחורי של אותה חיה, הוא עשוי להמשיך בהתפתחותו לגפה. באופן דומה, פיצוץ זנב המושתל במקום אחר בגוף יהפוך לזנב. כך, נראה כי תאי הפיצוץ נושאים את החותמת הבלתי ניתנת למחיקה של התוספת ממנה הם הופקו ולתוכם הם עתידים להתפתח. אם מושתלים פיצוץ זנב לגדם של גפה, לעומת זאת, המבנה המתחדש יהיה מורכב משני הנספחים.

קוטביות ותורת שיפוע

כל דבר חי מציג קוטביות, דוגמא אחת לכך היא הבחנה של אורגניזם לראש, או חלק קדימה, וזנב או חלק אחורי. חלקים מחדשים אינם יוצאי דופן; הם מפגינים קוטביות על ידי צמיחה תמיד בכיוון דיסטלי (הרחק מהחלק העיקרי של הגוף). עם זאת, בקרב חסרי החוליות התחתונים, ההבחנה בין פרוקסימלי (קרוב או לכיוון הגוף) לבין דיסטלי אינה תמיד ברורה. לא קשה, למשל, להפוך את הקוטביות של "גבעולים" בהידרואידים הקולוניאליים. בדרך כלל חלק מהגבעול יצמח קצה ראש, או הידראנה, בקצה החופשי או הדיסטלי; עם זאת, אם זה קשור, הוא מחדש את הידרנה בסוף שהיה במקור פרוקסימלי. הקוטביות במערכת זו נקבעת ככל הנראה על ידי מפל פעילות באופן כזה שדרום מתחדש בכל מקום שקצב המטבוליזם הוא הגבוה ביותר. לאחר שהתחיל להתפתח הידרה, הוא מעכב את ייצורם של אחרים הקרובים אליו על ידי דיפוזיה של חומר מעכב כלפי מטה לאורך הגבעול.

כאשר חותכים תולעים שטוחות פלנריות לשניים, כל חתיכה צומחת בקצה החסר. תאים באזורים זהים בעיקרם של הגוף בהם בוצעה החיתוך יוצרים פיצוצים, שבמקרים אחד מולידים ראש ובאחר הופך לזנב. מה שכל אחת מהפיצוצים מתחדשת תלויה לחלוטין אם זה על חתיכה קדמית או חתיכה אחורית של תולעת שטוחה: ההבדל האמיתי בין שני החלקים עשוי להיקבע על ידי הפרשים מטבוליים. אם חתיכה רוחבית של תולעת שטוחה נחתכת דקה מאוד - צרה מכדי שניתן יהיה להקים שיפוע מטבולי יעיל - היא עשויה להתחדש לשני ראשים, אחד בשני קצותיהם. אם הפעילות המטבולית בקצה הקדמי של תולעת שטוחה מופחתת באופן מלאכותי על ידי חשיפה לתרופות מסוימות, אז הקצה האחורי הקודם של התולעת עשוי לפתח ראש.

התחדשות נספחים מהווה בעיה שונה מזו של אורגניזמים שלמים. לסנפיר של דג ולגפה של סלמנדרה יש קצוות פרוקסימליים ומרוחקים. עם זאת, באמצעות מניפולציות שונות, ניתן לגרום להם להתחדש לכיוון פרוקסימלי. אם נחתך חור מרובע בסנפירו של דג, התחדשות מתבצעת כמצופה מהשוליים הפנימיים, אך עשויה להתרחש גם מהקצה הדיסטלי. במקרה האחרון, הסנפיר המחודש הוא למעשה מבנה דיסטלי פרט לכך שהוא צומח לכיוון פרוקסימלי.

גפיים דו-חיים מגיבות בצורה דומה. ניתן לתלות את ידו של ניילון אל דופן הגוף הסמוכה, וברגע שנוצרה זרימת דם מספקת, לנתק את הזרוע בין הכתף למרפק. זה יוצר שני גזעים, קצרים המורכבים מחלק מהזרוע העליונה, ואחת ארוכה יותר המורכבת משאר הזרוע הבולטת בכיוון הלא נכון מהצד של בעל החיים. שני הגזעים מחדשים את אותו הדבר, כלומר כל מה שבדרך כלל שוכב דיסטלי לרמת הקטיעה, ללא קשר לאיזו דרך עמדת הגדם. הזרוע ההפוכה מחדשת אפוא דימוי מראה של עצמה.

ברור שכאשר מבנה מתחדש הוא יכול לייצר רק חלקים שבדרך כלל שוכנים דיסטליים לרמת הקטיעה. התאים המשתתפים מכילים מידע הדרוש לפיתוח הכל "במורד הזרם", אך לעולם אינם יכולים להפוך למבנים פרוקסימליים יותר. התחדשות, כמו התפתחות עוברית, מתרחשת ברצף מוגדר.