В статье рассказывается о регенерации в животном и растительном мире, о том, как исследования в области регенерации могут изменить жизнь людей. Описывается личный опыт автора по регенерации растения.
Ключевые слова : регенерация, иммунитет, стволовые клетки.
Летом на даче я часто наблюдаю за ящерицами. Дедушка рассказал мне, что, если попытаться поймать ящерицу за хвост, то он у неё может оторваться, а потом вырасти заново. Меня этот факт очень заинтересовал, и я решила найти побольше информации на эту тему.
Явление, из-за которого у ящерицы вырастает новый хвост, называется регенерация. Регенерация — это восстановление организмом утраченных частей на той или иной стадии жизненного цикла. Регенерация обычно происходит в случае повреждения или утраты какого-нибудь органа или части организма.
Актуальность темы: думаю каждый человек хотел бы иметь возможность восстанавливать поврежденные органы так же, как это делают многие представители животного мира. А знания о феноменальной способности растений к регенерации могут повысить производительность труда в сельском хозяйстве и озеленении планеты.
Цель: изучение процессов регенерации в живой природе и перспектив применения этих знаний в жизни человека.
Задачи:
— изучить литературу по теме исследования;
— выявить особенности процессов регенерации у животных, растений и людей;
— ознакомиться с исследованиями ученых в области процессов регенерации и опытом применения этих исследований в медицине;
— провести опыт по регенерации растений и описать его в своей работе.
Объектом нашего исследования является природный процесс — регенерация.
Предметом исследования являются механизмы восстановления (регенерации) у животных, растений и человека.
Гипотеза: результаты исследования процессов регенерации в животном и растительном мире могут быть применены в науке и хозяйственной деятельности человека.
Учёные различают физиологическую и репаративную регенерацию.
Физиологическая регенерация — это обычное явление нашей жизни. В каждом живом организме происходят процессы обновления и восстановления. Например, у нас постоянно обновляются кожа, волосы, ногти, заживают раны и порезы. Деревья осенью сбрасывают листья, а весной листья снова вырастают. У птиц регулярно обновляются перья, а животные меняют шерсть.
Репаративная регенерация — это восстановление какой-либо части тела после её повреждения или утраты. Это как раз тот процесс, который происходит в теле ящерицы после потери хвоста. В результате регенерации хвост отрастает заново.
Больше всего видов, способных восстанавливать утраченные органы, наблюдается у беспозвоночных животных. Ленточный червь, например, длина которого во много раз превышает его ширину, способен воссоздать целую особь из любого участка своего тела. Теоретически возможно, разрезав одного червя на 200 000 кусочков, получить из него в результате регенерации 200 000 новых червей
Как же все это происходит?
Ученые обнаружили, что когда животное теряет конечность, то клетки костей, шкуры и крови на поврежденном участке тела теряют свои отличительные признаки и становятся универсальным строительным материалом. Эти клетки называются бластемой. Они начинают усиленно делиться. И в соответствии с потребностями организма становятся клетками костей, шкуры, крови… чтобы стать в конце новой лапой.
Растения приспособлены к регенерации гораздо больше, чем животные. Наиболее наглядный пример регенерации у растений — весеннее восстановление листьев, опавших осенью. При отрезании верхушки побега усиленно развиваются боковые побеги. Раны на стволе или ветке дерева могут зарубцеваться наплывами.
Размножение растений черенками — простейший случай регенерации, когда из небольшой части восстанавливается целое растение. Листья тоже способны к регенерации. Листья комнатного растения каланхоэ несут по краям хорошо развитые растеньица, которые легко отпадают и укореняются.
В сельском хозяйстве очень активно применяют знания о регенерации растений. Многие деревья и кустарники, гораздо быстрее вырастить из черенка, чем из семян. Многие сорта растений, для того, чтобы они сохранили свои свойства, можно размножать только таким образом.
Как же обстоит дело с регенерацией в человеческом организме? Люди давно изучают способность животных и растений к самовосстановлению. И, конечно, хотят использовать полученные знания себе во благо.
Определенная способность к регенерации в организме человека существует. У нас заживают раны, порезы, восстанавливается ободранная кожа, растут волосы, восстанавливаются клетки крови, частично регенерирует печень. Но оторванная рука или внутренний орган у нас уже не вырастут. Почему же природа не наделила нас такой замечательной способностью? На этот вопрос ученые нашли следующие объяснения.
Во-первых, для теплокровных есть более важные приоритеты к выживанию, чем у холоднокровных. Для нас важно, чтобы рана зарубцевалась, это спасает организм от больших потерь крови и занесения опасной инфекции
Во-вторых, наша иммунная система настроена на уничтожение места, где скапливаются одинаковые быстро делящиеся клетки. Такой процесс происходит при выращивании нового органа у животных, способных к регенерации. Но в организме человека такой же процесс начинается при образовании злокачественных опухолей. Таким образом, наша иммунная система пытается защитить нас от опасных заболеваний, но при этом препятствует процессам регенерации.
Понять это помог один интересный случай. Иммунолог Элен Хебер-Кац из Филадельфии однажды дала своему лаборанту задание: проколоть ушки лабораторным мышам, чтобы потом нацепить им ярлычки. Через несколько дней в ушах у мышей не оказалось даже следа от дырочек. Опыт повторили и результат оказался таким же. Мыши — млекопитающие, а способность к регенерации у них оказалась, как у земноводных. Всё дело в том, что эти лабораторные мыши были особенные, их иммунная система была специально повреждена для проведения других исследований.
Из этого случайного опыта было сделано несколько выводов.
— Способностями к регенерации обладают только животные с уничтоженными клетками иммунной системы. Вот в чем основная проблема: у земноводных она отсутствует. Значит, именно в иммунной системе и коренится разгадка этого феномена.
— Млекопитающие имеют такие же необходимые для регенерации тканей гены, как и земноводные, но иммунные клетки не позволяют этим генам работать.
— Организмы первоначально имели два способа исцеления от ран — иммунную систему и регенерацию. Но в ходе эволюции обе системы стали несовместимы друг с другом — и млекопитающие выбрали иммунные клетки, потому что они важнее, так как они являются основным оружием организма против опухолей.
Несмотря на сделанные выводы, ученые продолжают искать методы, благодаря которым наши внутренние органы смогли бы самовосстанавливаться. Ведь клетки крови и печени регенерируют! Но регенерируют они не с помощью бластемы, как у земноводных, а благодаря стволовым клеткам. Стволовые клетки — это клетки, которые оказались незадействованными в процессе формирования эмбриона. Их запас содержится в костном мозге, и они обладают способностью пополнять запасы крови, клеток печени и становиться клетками мышц, жира или костей.
Изучение генов регенерации и применения стволовых клеток имеет очень большие перспективы. Но медицинская наука требует долгих и тщательных исследований, чтобы не навредить пациентам. На данный момент успешные эксперименты проводятся в опытах с высшими животными.
Возьмем для примера стоматологию. Японские ученые разрабатывают систему лечения, в результате которой у человека, утратившего все зубы в результате тяжелой формы пародонтоза, смогут прорезаться свои новые зубы. Но пока исследования ведутся только на собаках. Этот метод будет гораздо дешевле, чем протезирование.
В Российском институте травматологии и ортопедии исследователи получают стволовые клетки из костного мозга. После 4–6 недель размножения в культуре их пересаживают в сустав, где они восстанавливают хрящевые поверхности.
Эти и другие приведенные в нашей работе примеры показывают, как исследования в области регенерации могут изменить жизнь людей. В медицине открывается так много новых возможностей!
Изучив процессы регенерации у животных, растений и людей, мы решили провести собственный эксперимент по регенерации. Опыт мы проводили на своём дачном цветке — петунии. Это гибридное растение, то есть такие цветы получились путем скрещивания разных видов петуний Если собрать с гибрида семена и посадить их, то точно таких же цветов не получится. Но получить точно такое же растение нам помогут наши знания о регенерации растений. Простейший случай регенерации — это размножение растений черенками, когда из небольшой части восстанавливается целое растение.
Осенью мы отрезали веточки петунии для того, чтобы их укоренить Отрезали все нижние листочки на черенках для того, чтобы они тратили силы на укоренение, а не на их питание. Листочки на верхушке растения оставили. Там находится верхушечная почка, из которой будет развиваться новое растение, а в листьях будет происходить процесс фотосинтеза, без которого растение жить не может. После этого я посадила черенки в землю. Чтобы застраховать себя от неудачи, мы решили посадить несколько черенков.
В течение нескольких недель я периодически опрыскивала черенки водой, чтобы поддерживать влажность. Пока у растения нет корней, оно может пить только через листья.
Через три недели сквозь стенки контейнера мы увидели появившиеся корешки. У них появились новые листья и черенки начали расти вверх. А через 7 недель у одного из укоренившихся черенков появился первый цветок!
Я думаю, что эксперимент по регенерации у меня получился. Оба черенка успешно укоренились, из верхушечной почки начал дальше расти стебель, он стал обрастать листьями и боковыми побегами. А цветок, распустившийся на одном из растений, повторил форму и цвет материнского растения. Этот опыт показывает, что знания о способностях растений к регенерации из маленьких черенков могут помочь быстро получать очень много одинаковых растений за короткие сроки. Ведь семенное размножение обычно не дает такие быстрые результаты.
Таким образом, в ходе нашего исследования я поняла, что человек не сможет отрастить себе новую руку или ногу, так как этому препятствует его иммунная система. Но научные исследования в этой области активно ведутся, и в своей работе я привела примеры достижений ученых по попыткам восстановления различных органов у человека.
Очень познавательным для меня оказался мой собственный эксперимент по регенерации. Было интересно наблюдать, как из маленькой части одного растения развивается новое точно такое же растение.
Мне кажется, что дальнейшие исследования процессов регенерации в животном и растительном мире имеют большие перспективы для их применения в науке и хозяйственной деятельности человека.
Литература:
- Бадертдинов Р. Р. Регенерация человека — реальность наших дней//Научный журнал «Успехи современного естествознания» [Электронный ресурс]. URL: https://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=30279.
- Евстафьев И. Л. Регенерация у тритонов//Мир животных [Электронный ресурс]. URL: http://www.zooeco.com/eco-eto/eco-etol159–2.html.
- Мэттсон П. Регенерация — настоящее и будущее. М., 1982.
- Почему ящерица отбрасывает хвост? //Детская онлайн-библиотека «Хочу всё знать» [Электронный ресурс]. URL: http://ya-uznayu.ru/zhivotnye/pochemu-yashcherica-otbrasivaet-hvost.html
