Czy można przechytrzyć śmierć?

W Sekcji Archeo w Pulsarze prezentujemy archiwalne teksty ze „Świata Nauki” i „Wiedzy i Życia”. Wciąż aktualne, intrygujące i inspirujące.

Pragnienie osiągnięcia nieśmiertelności pojawiło się w ludziach w momencie, gdy ich mózg rozwinął się na tyle, by móc analizować i myśleć perspektywicznie. Dążenie do zdrowia, piękna, a w konsekwencji władzy i możliwości przekazania genów w bardziej lub mniej rozwinięty sposób występuje w zasadzie u wszystkich organizmów żywych. Jednak chęć bycia nieśmiertelnym cechuje tylko człowieka. Remedium na to niecodzienne pragnienie okazał się świat marzeń, wierzeń, opowieści, co w konsekwencji mogło doprowadzić do powstania religii, która w różnej formie gwarantowała człowiekowi kontynuację życia po śmierci. Również ludzką pamięć czy namacalne dowody istnienia kogokolwiek (zapisy, pomniki, zdjęcia) można uznać za swego rodzaju przedłużenie czyjegoś życia. Istnieją jednak na Ziemi organizmy żywe, o których można powiedzieć, że uzyskały nieśmiertelność prawdziwą.

Nowy, lecz ciągle ten sam

W przypadku skomplikowanych pod względem anatomicznym roślin czy zwierząt wyższych rozmnażających się płciowo cykl życiowy jest z góry zaplanowany i ma swoją granicę w postaci śmierci. Z kolei u organizmów niższych (rozmnażających się bezpłciowo) z ograniczeniami bywa dość różnie. Można sobie zadać pytanie, czy jednokomórkowiec, który dokonuje podziału, staje się dwoma innymi i młodocianymi organizmami, czy nadal jest tym samym jednokomórkowcem w dwóch identycznych wydaniach? W końcu jego DNA się nie zmienia, a jądro komórkowe idealnie powiela zgromadzony w nim materiał genetyczny i rozdziela go do dwóch takich samych przyszłych komórek. Poprzez ten podział żaden z organizmów nie umarł, a wszystkie są młode. Co się stało zatem z prowodyrem całej tej akcji? Czyżby była to forma nieśmiertelności?

Można uznać, że system świadomości organizmów niższych nie jest na tyle rozwinięty, aby miało to jakiekolwiek znaczenie dla ich bytu. Tak wygląda system pierwotnego rozmnażania na Ziemi. Podobnie rzecz się ma z pączkowaniem. W tym przypadku organizm rodzicielski pozwala na oddzielenie się pewnych jego części, z których powstają nowe wydania tego samego osobnika. I znowu można sobie zadać pytanie, czy kawałki organizmu matecznego są nim samym w odmłodzonej wersji, czy mają pewne cechy osobnicze? W tym przypadku definitywnie da się jednak wyodrębnić organizm rodzicielski i potomny, które w pewnym momencie potrafią żyć równolegle obok siebie. Po pewnym czasie osobnik rodzicielski umiera. Podobna sytuacja zachodzi podczas fragmentacji, czyli odrywania się części osobnika rodzicielskiego, dającej początek organizmowi potomnemu. Nowe organizmy, które powstają w taki sposób, po osiągnięciu końcowej fazy wzrostu są kopią organizmu rodzicielskiego. Ten z kolei umiera lub w całości ulega fragmentacji. Rozmnażanie poprzez fragmentację występuje np. u niektórych roślin, grzybów, porostów, glonów, a także zdarza się u zwierząt (gąbki, parzydełkowce).

W przypadku fragmentacji, pączkowania czy podziału komórkowego w zasadzie wszystkie osobniki są takie same, dobór naturalny jest znikomy i tym samym zmiany ewolucyjne pozostają znacznie ograniczone. Oczywiście jak to w życiu Ziemi bywało i bywa, czasami podczas podziału komórkowego czy pączkowania powstaje jednak organizm odmienny, różniący się od osobnika rodzicielskiego, i może okazać się, że w zmieniającym się środowisku poradzi sobie lepiej. W tym momencie jego cechy poprzez dobór naturalny mogą być faworyzowane i to on dokona częstszych podziałów komórkowych lub zyska więcej możliwości na poddanie się pączkowaniu niż jego współtowarzysze. Zmienione organizmy zatem jako te lepiej przystosowane do nowych warunków środowiska mogą w konsekwencji zastąpić inne – i w tym momencie można mówić o ewolucji. Jeśli zatem ewolucja wystąpiła, to organizmy potomne musiały różnić się od rodzicielskich; nie były ich wierną kopią, lecz swego rodzaju ich przypadkowym udoskonaleniem.

Własne klony

U organizmów o bardziej skomplikowanej budowie, które rozmnażają się płciowo, nieśmiertelność może przybierać inne formy. Niektóre rośliny wytwarzają kłącza, rozłogi, pączki zimowe, bulwy bądź cebulki przybyszowe, które po czasie stają się niezależnymi organizmami, jednak powtarzają cechy organizmu rodzicielskiego. W takich przypadkach organizmy potomne są czymś w rodzaju kontynuacji życia rodzica – jego młodszą wersją. Obserwując perz czy miętę, można nawet pokusić się o stwierdzenie, że po wyjałowieniu pierwotnego miejsca wzrostu organizm rodzicielski wytwarza rozłogi, aby przenieść się na urodzajniejsze stanowisko. Po wytworzeniu długich płożących pędów na ich końcu powstają nowe rośliny, które cały czas połączone są z organizmem rodzicielskim. Po czasie osobnik mateczny umiera, a młode rośliny, znajdujące się w dogodniejszych warunkach, zaczynają nowe życie.

Również niektóre zwierzęta rozmnażające się płciowo potrafią w niesprzyjających warunkach same się powielić. Wydają bowiem na świat potomstwo bez udziału partnera (partenogeneza/dzieworództwo). Również w tym przypadku wszystkie osobniki potomne mają kod genetyczny identyczny z kodem matki. Sztandarowym przykładem dużego zwierzęcia, które może dochować się młodych bez wcześniejszego zapłodnienia komórki jajowej, jest waran z Komodo. Ta największa na świecie jaszczurka, zamieszkująca wyspy Indonezji, w sytuacji braku partnera może znieść jaja niezapłodnione, które posiadają połowę chromosomów wyjściowej komórki. W trakcie inkubacji jaj liczba chromosomów się podwaja, co jest ewenementem w świecie organizmów żywych. DNA potomstwa będzie tu identyczne z kodem genetycznym matki. Młode jaszczurki są wierną kopią, wręcz klonem osobnika rodzicielskiego. Opisując całą tę sytuację skrótowo, można stwierdzić, że samica stworzyła samą siebie w kilkunastu wersjach. Jednak dobór naturalny utrwalił w tym wypadku jedną bardzo ważną cechę. Wszystkie młode wyklute z jaj niezapłodnionych są samcami. W taki sposób ewolucyjnie warany wypracowały sobie przepis na kontynuację gatunku w warunkach ekstremalnie trudnych, gdy na danej wyspie przetrwały jedynie samice. Gdy młode samce dorosną, będzie możliwa kontynuacja rozmnażania płciowego, zapłodnią jedną lub wiele samic, nastąpi wymiana materiału genetycznego i tym samym zostanie zachowana ciągłość gatunku. W przypadku rozmnażania generatywnego (płciowego) osobniki potomne nie są wierną kopią organizmu rodzicielskiego. Posiadają jedynie 50% materiału genetycznego zbieżnego z jednym rodzicem i 50% z drugim. Mieszanka ta przybiera czasami nieoczekiwane formy i konsekwentnie poddawana jest ocenie przez dobór naturalny – jedne cechy są utrwalane, inne eliminowane.

Cofnąć zegar

Ewenementem w świecie zwierząt jest pewien przedstawiciel gromady stułbiopławów, typu parzydełkowców, potocznie zwanych meduzami i występujących w dwóch formach morfologicznych. Zwierzęta te mogą mieć postać polipa rozmnażającego się bezpłciowo, jak i meduzy, która rozmnaża się płciowo. Turritopsis dohrnii, bo on nim mowa, pierwotnie występował u wybrzeży Japonii i w Oceanie Spokojnym. Uważa się, że wraz z wodą balastową znajdującą się w statkach został zawleczony do wód Zatoki Meksykańskiej oraz Morza Śródziemnego, gdzie się zadomowił. Stułbiopław ten jest w zasadzie nieśmiertelny. Cokolwiek w jego długim i nieskomplikowanym życiu się wydarzy, meduza, czyli forma dojrzała, może powrócić do stanu młodocianego, poddając swoje komórki swoistemu recyklingowi. Zmieniają się ich funkcje, ciało się przebudowuje, po czym Turritopsis żyje jakby od początku. Mało tego! Ten proces w zasadzie nie ma końca.

Zarówno ciało polipa, jak i dojrzałej meduzy ma kształt worka (dzwonu) o ściankach zbudowanych tylko z dwóch warstw komórek, między którymi znajduje się bezpostaciowa galaretowata warstwa zwana mezogleą, składająca się głównie z wody. Wnętrze worka zajmuje jama gastralna zakończona gardzielą. W zewnętrznej warstwie powłoki ciała ulokowane są m.in. komórki mięśniowe, zmysłowe i parzydełkowe. Na skraju ciała znajdują się czułki, których u młodych osobników w stadium meduzy jest zaledwie 8, a u dojrzałych – nawet 90. Jak większość gatunków z gromady stułbiopławów Turritopsis dohrnii rozwija się z orzęsionej wolno pływającej larwy nazywanej planulą, która wylęga się z zapłodnionego wcześniej jaja. Larwa po czasie przytwierdza się do podłoża i z planuli powstaje stadium polipa. Ten z kolei zaczyna rozmnażać się bezpłciowo, czyli zwielokrotnia sam siebie, rozrasta się i tworzy kolonię klonów. Polip T. dohrnii przybiera rozgałęzione formy, co jest rzadko spotykane u polipów innych gatunków meduz. Z jego podziału rozwijają się rozmnażające się płciowo stadia meduzy, które odrywają się od kolonii i zaczynają życie na własny rachunek. Osobniki dojrzałe są bardzo małe, dorastają do 4,5 mm średnicy. Są przy tym przezroczyste, z wyjątkiem znajdujących się w nich komórek światłoczułych, które świecą na czerwono.

W sytuacji stresowej zarówno młoda, jak i dojrzała meduza mogą nagle odwrócić swój cykl życiowy i cofnąć się w dojrzewaniu. Sytuacją stresową dla meduz może być jakakolwiek fluktuacja środowiska, która zagraża delikatnym osobnikom dorosłym. Do takich czynników zaliczają się: nagle zmieniająca się temperatura wody, jej zasolenie, skład chemiczny lub brak pożywienia. Swego rodzaju sytuacją stresową bywają także uszkodzenie zwierzęcia, pęknięcie czy przerwanie powłoki ciała, choroba, a nawet starość. Z pływającego organizmu zwierzę ponownie staje się rozmnażającym się bezpłciowo polipem. W ciele meduzy dochodzi wtedy do transróżnicowania (transdyferencjacji) komórek, które zaczynają się przeprogramowywać do pełnienia nowych funkcji. Wygląd meduzy zaczyna się zmieniać. Zwierzę staje się mniej ruchliwe, następnie zanikają gonady, zmniejszają się macki oraz dzwon (poprzez wyzbywanie się mezoglei), warstwy powłoki ciała zbliżają się do siebie, a meduza coraz bardziej przypomina planulę. W końcu opada na dno i zaczyna ponowny wzrost jako polip. Niektóre z osobników nie cofają się aż tak daleko z rozwojem, przybierając postać bardziej podobną do polipa, który – pozbawiony możliwości unoszenia się w toni – samoistnie opada na dno. Zwierzę, aby uchronić się przed śmiercią, cofa się do stadium, gdy jest mniej podatne na czynniki stresogenne. Wówczas cały cykl rozpoczyna się od nowa.

Zdolność odwracania cyklu biologicznego, jak się łatwo domyślić, jest rzadkością w świecie organizmów żywych, dlatego T. dohrnii zaczyna być coraz dokładniej badany. Wyniki doświadczeń nie są jeszcze jednoznaczne z uwagi na to, że cała strategia cofania życia następuje nagle i bardzo trudno ją zaobserwować w środowisku naturalnym. Niestety utrzymanie meduz w warunkach sztucznych jest dość trudne i pod tym względem na razie przodują Japończycy z uniwersytetu w Kioto. Badaczom udało się utrzymać meduzy w akwariach, gdzie w ciągu dwóch lat kolonia odradzała się aż 11 razy. Uważa się, że przebieg recyklingu meduz może być pomocny w strategii opracowania systemu odbudowy tkanek ludzkich z udziałem komórek macierzystych.

Dziękujemy, że jesteś z nami. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża wyselekcjonowane badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.