损伤识别与响应:
- 当触手冠受到损伤时,伤口处的细胞会释放信号分子(如生长因子、细胞因子)。这些信号启动了愈合和再生程序。
- 伤口边缘的健康细胞会迅速迁移,覆盖伤口表面,形成临时的保护层(类似于上皮化),防止感染并创造一个有利于再生的微环境。
细胞增殖与去分化:
- 损伤信号会刺激位于触手基部或附近特定区域(可能类似于干细胞库或含有祖细胞的区域)的细胞开始活跃增殖。
- 这些增殖的细胞可能包括:
- 驻留的干细胞/祖细胞: 专门用于修复和更新的未分化或低分化细胞。
- 去分化细胞: 伤口附近或特定区域的某些已分化细胞(如上皮细胞、间质细胞)可能会“去分化”,即失去其特化状态,重新获得增殖能力,成为能够产生多种细胞类型的祖细胞。
- 增殖产生的细胞群构成了再生的细胞基础。
迁移与聚集:
- 新产生的或激活的细胞会向损伤部位迁移。
- 它们在损伤区域聚集,形成被称为芽基或再生芽的结构。这是一个由未分化或正在分化的细胞组成的团块,是新生组织生长的起点。
形态发生与模式形成:
- 在芽基内部及其周围,细胞开始分化成重建触手所需的各种细胞类型:包括构成触手主体的上皮细胞、具有纤毛的滤食细胞、支持性的结缔组织细胞,以及必要的神经细胞和肌肉细胞(虽然帚虫触手的肌肉组织相对简单)。
- 这是一个高度协调的过程,涉及复杂的基因表达调控网络(如Hox基因、信号通路如Wnt, BMP等)。这些信号确保新生触手的形状、大小、位置和细胞排列模式与原有结构相匹配。
- 新的触手从基部开始生长、延伸,并逐渐形成正确的三维结构(通常是辐射对称或马蹄形的冠状排列)。
功能恢复:
- 随着新触手的生长和细胞分化完成,其功能也逐渐恢复。
- 纤毛开始摆动,恢复滤食能力。
- 神经连接重新建立或调整,使触手能够协调运动和对刺激做出反应(如对有害物质的回避反应)。
总结关键点:
- 细胞来源: 再生依赖于特定区域(如触手基部)的干细胞/祖细胞和/或损伤诱导的去分化细胞。
- 信号传导: 损伤信号激活复杂的信号通路,协调细胞的增殖、迁移、分化和模式形成。
- 芽基形成: 增殖细胞聚集在损伤部位形成芽基,作为再生组织的生长中心。
- 模式重建: 精确的遗传程序确保新生触手的结构、细胞类型和排列模式与原有组织一致。
- 功能整合: 新生触手最终恢复纤毛摆动、滤食和感觉运动功能。
帚虫触手冠的再生能力是其适应环境(如应对捕食者攻击或物理损伤)的重要生存策略。研究这种再生机制不仅有助于理解无脊椎动物的生物学,也可能为再生医学提供有价值的见解。