24 日，神舟二十號(hào)載人飛船成功發(fā)射。隨航天員一同進(jìn)入太空實(shí)驗(yàn)室的，還有一批神秘的“乘客”，其中之一就是擁有超級(jí)再生能力的渦蟲（Planarians）。
圖源：央視新聞
自 18 世紀(jì)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“被切成兩段的渦蟲能長(zhǎng)成兩只”后，這種軟趴趴的小生物就成了恐怖片導(dǎo)演的噩夢(mèng)素材——畢竟誰能接受一個(gè)殺不死的反派？
圖源：diark.org
在科幻作品里，它們常被塑造成“宇宙級(jí)再生怪物”，仿佛下一秒就要吞噬整個(gè)星球。今天我們就來扒一扒這個(gè)"刀下不死"的再生王者。
認(rèn)識(shí)渦蟲：地球上的“再生大師”
雖然名字帶“蟲”，渦蟲和我們常見的昆蟲關(guān)系較遠(yuǎn)。
它屬于無脊椎動(dòng)物，和臭名昭著的吸蟲和絳蟲親緣關(guān)系近，同屬于扁形動(dòng)物門（Platyhelminthes），統(tǒng)稱扁蟲。
從左至右：渦蟲、吸蟲、絳蟲 圖源：iStock
不過別緊張，絕大多數(shù)渦蟲都是吃腐肉或小型生物的“老實(shí)蟲”，不像那些“壞親戚”一樣搞人體寄生。
渦蟲是動(dòng)物界的“古早代表”之一，最早的渦蟲化石可以追溯到 5.2 億年前——比恐龍還早了整整 4 億年！
作為最早出現(xiàn)的三胚層動(dòng)物（在身體的外層和內(nèi)層細(xì)胞之間，多出了一層“中胚層”），它的身體結(jié)構(gòu)還挺講究的：
·身體兩側(cè)對(duì)稱，有明確的頭尾方向，背中央通常扁平；
· 頭部有兩個(gè)眼點(diǎn)，雖然看不清東西，但能感光；
· 有負(fù)責(zé)“嗅覺和味覺”的耳突；
· 腹面長(zhǎng)滿纖毛，靠纖毛波浪式蠕行，通過纖毛窩感受化學(xué)刺激；
· 有口無肛。口長(zhǎng)在身體中部稍后處的腹中央，連著咽囊，囊里有個(gè)肌肉質(zhì)的“咽管”，其前端是一個(gè)喇叭狀的口，可以將獵物生吞活咽；
渦蟲形態(tài)模式圖圖源：Ronald Sluys & Marta Riutort, in Rink, 2018
· 沒有特殊的呼吸和循環(huán)器官，依靠體表擴(kuò)散作用進(jìn)行氣體交換，借網(wǎng)狀的實(shí)質(zhì)組織增加表面積，由其中的液體運(yùn)送和擴(kuò)散新陳代謝的產(chǎn)物；
· 雌雄同體、異體受精，具有形態(tài)多樣的生殖系統(tǒng)。如雄性交配器官的硬化部分，會(huì)形成不同形狀和復(fù)雜程度的管狀結(jié)構(gòu)。
三角渦蟲Dugesia gonocephala生殖系統(tǒng)3D重建 圖源：Ronald Sluys & Marta Riutort, in Rink, 2018
能夠交配并實(shí)現(xiàn)體內(nèi)受精，是動(dòng)物由水生到陸生的一個(gè)重要條件。
渦蟲廣泛分布于世界各地的陸地、海洋和淡水中，包括洞穴環(huán)境。
水生渦蟲對(duì)環(huán)境的要求較高，大多生活在潔凈富氧的淡水或海水中，以蠕蟲、小型甲殼動(dòng)物和昆蟲為食；在山區(qū)潮濕的林地上，偶爾會(huì)發(fā)現(xiàn)蠕行的陸生渦蟲。
溪石上的三角渦蟲Dugesia sp.譚江麗 攝于秦嶺
某陸生渦蟲譚江麗 攝于南嶺
關(guān)于渦蟲的最早系統(tǒng)記載，可以追溯到我國唐朝。唐朝學(xué)者段成式在《酉陽雜俎》中提到了一種叫“度古”的生物，俗稱“土蠱”，被認(rèn)為是今天所說的笄蛭渦蟲（Bipalium sp.）。
笈蛭渦蟲Bipalium sp. 譚江麗 攝于秦嶺
截至目前，全球已知的渦蟲種類約有 5800 種。在我國，報(bào)道了 2 個(gè)亞門、7 個(gè)目、26 個(gè)科、44 個(gè)屬，共計(jì) 131 種/亞種。
圖源：見水印
渦蟲的再生能力能有多強(qiáng)？
渦蟲是目前世界上再生能力最強(qiáng)的生物之一。多年來，科學(xué)家們一直在研究它幾乎無敵的再生本領(lǐng)。早在 19 世紀(jì)，約翰·達(dá)利爾（John Graham Dalyell）通過各種切割實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)渦蟲確實(shí)是“刀鋒下永生的生物”。不管研究者怎么切割它們的身體或是器官，被切碎的每個(gè)部分都能夠重新再生出一個(gè)新的身體。形象地說，就是將渦蟲千刀萬剮，只需要 10 天，它的身體碎片就能再生出完整的個(gè)體。
渦蟲被切成多段后再生｜圖源：Bio Science
2 周內(nèi)完成再生｜圖源：extremetech
到了 20 世紀(jì)，遺傳學(xué)家摩爾根（Thomas Hunt Morgan）進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)：渦蟲再生時(shí)，有的組織是在傷口處新長(zhǎng)出來的，有些卻是由體內(nèi)原有的部分轉(zhuǎn)化而來。最令人驚訝的是：2013 年，詹姆斯·麥康奈爾（James Vernon McConnell）在渦蟲切塊實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，被切頭的渦蟲長(zhǎng)出新頭后，竟然還記得迷宮的路線。再生時(shí)能保留記憶！
再生的秘密：渦蟲是一臺(tái)行走的"干細(xì)胞工廠"↓↓↓↓
1962 年，科學(xué)家用 X 射線消除了渦蟲的干細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)渦蟲因此喪失了再生能力。而移植單個(gè)的成體干細(xì)胞，就能挽救渦蟲的再生能力。也就是說，干細(xì)胞才是渦蟲強(qiáng)大再生能力的主要細(xì)胞來源。
這種干細(xì)胞遍布渦蟲的整個(gè)身體，占據(jù)了它 25%~30% 的細(xì)胞數(shù)量，能夠在渦蟲體內(nèi)遷移、增殖和分化。因此只要任何一個(gè)身體部分內(nèi)擁有這個(gè)特殊的干細(xì)胞，就能擁有再生的能力。
那么，渦蟲干細(xì)胞有什么特點(diǎn)呢？
01. 多樣性
干細(xì)胞被移植到渦蟲體內(nèi)，可以進(jìn)一步分化成為多種譜系的組織細(xì)胞。它們?cè)谛螒B(tài)上非常接近于胚胎干細(xì)胞，具有很高的核質(zhì)比。
02. 組織缺失反應(yīng)
當(dāng)組織受損時(shí)，干細(xì)胞會(huì)大量增殖，并快速移動(dòng)到傷口附近，然后分化成需要的組織細(xì)胞。
03. 異質(zhì)性
看似相同的干細(xì)胞，其實(shí)“性格”各不相同。如：有的更容易變成血液細(xì)胞，有的更擅長(zhǎng)修復(fù)，還有的生長(zhǎng)速度特別快。
問題來了：干細(xì)胞在再生過程中，怎么知道自己該變成什么類型的細(xì)胞？
答案是——渦蟲的“基因 GPS”。
在渦蟲體內(nèi)，存在一些區(qū)域性表達(dá)的位置控制基因：有些在頭部高表達(dá)，有些在軀干高表達(dá)，還有些則是在尾部高表達(dá)。目前的研究結(jié)果表明，這些基因通常是在渦蟲的肌肉細(xì)胞中表達(dá)。
一旦身體受傷，這些基因會(huì)在數(shù)小時(shí)內(nèi)啟動(dòng)，通過信號(hào)指令告訴干細(xì)胞：“你現(xiàn)在在頭部，快變成眼睛！”或“你在尾巴，得長(zhǎng)出尾巴來！”它們就像一個(gè) GPS 基因?qū)Ш较到y(tǒng)，告訴干細(xì)胞，你現(xiàn)在在哪里，應(yīng)該變成什么樣的細(xì)胞。
為什么帶渦蟲上太空？它有什么任務(wù)？
選擇渦蟲上太空，是因?yàn)樗咸諏?shí)驗(yàn)的“三好學(xué)生”標(biāo)準(zhǔn)。
01. 極端環(huán)境生存專家
耐餓（可絕食 1 年不死）
抗輻射（比人類強(qiáng) 100 倍）
微重力下仍保持活躍
02. 再生時(shí)間短
從受傷到完全再生僅需 10 天（小鼠需數(shù)月，人類需數(shù)年），完美匹配空間站短期任務(wù)周期。
03. 人類健康“替身”
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了渦蟲的抗衰老密碼，某些種類（如 Schmidtea mediterranea）端粒酶活性極高，幾乎不衰老。基因序列比對(duì)顯示，渦蟲 70% 基因與人類同源，關(guān)鍵干細(xì)胞調(diào)控通路（如 PI3K/AKT）與哺乳動(dòng)物高度相似。
本次是渦蟲首次隨中國空間站開展實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家希望借此探究太空環(huán)境對(duì)其再生與行為的影響，拓展抗衰研究新思路。
下一次當(dāng)你看到溪石上扭動(dòng)的渦蟲時(shí)，別忘了這個(gè) 5.2 億歲的古老生命，正在太空為人類探索再生醫(yī)學(xué)的終極答案。或許有一天，宇航員在火星受傷時(shí)，激活的會(huì)是來自渦蟲的“不死基因”。
參考文獻(xiàn)
[1]劉凌云,鄭光美. 2009. 普通動(dòng)物學(xué). 北京：高等教育出版社
[2]黃小娟,等. 2024. 中國渦蟲的分類概況及分科檢索表. 四川動(dòng)物， 43 (4): 470-480.
[3]Rink, J.C. 2018. Planarian regeneration: methods and protocols. New York：Humana Press
[4]西北大學(xué)省級(jí)線上課程《秦嶺生物趣談》https://coursehome.zhihuishu.com/courseHome/1000127399
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