Исследователи из Варшавского университета впервые описали необычный случай у плоских червей вида Stenostomum brevipharyngium, когда у особей формировались головы на обоих концах тела, что полностью меняло привычную ось их строения.
Открытие опубликовано в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.
Плоские черви давно известны своей уникальной способностью восстанавливать утраченные части тела. Разрезанный червь способен вырастить недостающую голову, хвост или другие органы, что делает его похожим на мифическую гидру. В экспериментах ученые уже умели создавать двухголовых или двуххвостых червей с помощью электрического тока или манипуляций с молекулярными сигналами, которые определяют переднюю и заднюю части тела.
В случае Stenostomum brevipharyngium исследователи наблюдали спонтанное появление второй головы на месте хвоста, что несколько их озадачило. Эта голова полностью формировалась, включая горло и внутренние органы, и черви сохраняли способность передвигаться и питаться. Независимая реакция каждой головы на стимулы затрудняла координацию движений, но не мешала выживанию.
Когда двуглавых червей разрезали на сегменты, у обоих концов регенерировались хвосты. При этом у некоторых потомков передний и задний концы фактически менялись местами.
«Это явление беспрецедентно для животных, поскольку ориентация тела обычно определяется один раз во время эмбрионального развития и остается неизменной на протяжении всей жизни», — отметил доктор Людвик Гонсеровски.
Ошибки в формировании новой головы, вероятно, связаны с неверной интерпретацией градиентов морфогенов — молекул, которые подсказывают клеткам, где формировать переднюю и заднюю часть тела. У плоских червей наличие плюрипотентных стволовых клеток позволяет клеткам сохранять способность к дифференциации в любые ткани, обеспечивая выживание даже при резкой перестройке организма.
Stenostomum размножаются бесполым путем через процесс, называемый паратомией. В норме новая особь формируется в центре тела родителя и развивается вдоль той же оси. В случае двуглавых червей этот механизм давал сбой, создавая цепочку сегментов: голова — тело — инвертированная голова — голова — тело — хвост. По мере взросления новая особь отделялась и становилась независимой, а родитель оставался двуглавым.
Интересно, что несмотря на инверсию оси тела, черви сохраняли жизненные функции и способность к размножению. Аномалии исчезали через несколько месяцев, что указывает на их негенетическую природу.
«Наиболее вероятной представляется ошибка развития. Некоторые стволовые клетки могли неправильно реагировать на градиент морфогена», — пояснил Гонсеровски.
Этот феномен демонстрирует исключительную пластичность простейших организмов и дает ключ к пониманию механизмов регенерации. Ученые намерены изучить, какие гены активируются на разных стадиях паратомии, чтобы понять, как клетки распознают направление спереди назад. Понимание регенеративных сигналов у таких простых животных может помочь в изучении восстановления тканей у более сложных организмов, включая позвоночных.
Двуглавые плоские черви показывают, что даже у самых примитивных животных возможна радикальная перестройка тела без потери жизненных функций. Простое строение их организма и способность к постоянной регенерации делают их уникальной моделью для изучения границ физиологической гибкости и возможностей клеточной пластичности.