灯塔水母只有指甲盖大小。（来源：A. E. Migotto/CEBIMar-USP）
“长生不死”是很多人求而不得的梦想，但这一看似不切实际的设想，却在一类不起眼的动物身上真正实现了。这种只有指甲盖大小的水母，竟能从成熟体逆转至生命周期中更早的阶段，完成周而复始的循环。更加传奇的是，这一现象的发现，竟源自一位学生做实验时的粗心大意……
不死水母的故事起始于1988。海洋生物学专业的学生Christian Sommer在意大利西北部靠近热那亚的浅水区收集到一只微小的钟形水母体，它长着少量纤细的触须，粉红色的性腺呈吊灯形。在一个周五，他将这只水母放在一碗海水中，却忘了在周末它放回到冰箱。当他在下周一回到实验室时，发现水母体不见了。但它没有完全凭空消失——那只碗中留下了一只水螅体。
这一反常现象让研究者感到困惑。科学家认为他们早已熟知水母的生命周期：受精卵长成毛茸茸的胶囊状幼虫，幼虫变形为水螅体（polyp），随后长成能够游动的水母体（medusa）。水母体产生卵子和精子，完成繁衍后代的使命，直至最后走向死亡。但是，一个周末的时间显然不够碗中的水母体完成繁殖、长成幼虫、变形为水螅体的过程。这些转变需要花上数周的时间。那么，那个周末发生的转变，就只剩下一种惊悚的可能性：就像电影《返老还童》中的本杰明·巴顿一样，水母一定逆转了年龄，从生命循环中成熟的水母体逆转变回水螅体。
通常情况下，水母由受精卵发育而来，长成幼虫，之后变形为水螅体，最后成为能够自由游泳的水母体。不过，灯塔水母并不严格地受生命循环限制，成熟的水母体也可以变回水螅体。（来源：Alison Mackey/Discover and Jay Smith）
人们在几个世纪前已经知道，水母的生命循环并非一层不变。一些水母会跳过水螅体阶段，直接从幼虫（也叫浮浪幼虫）成长为水母体。也有很多水母一直从未经历水母体阶段，一直以水螅体生活。水螅体可以由其他水螅体变化而来。水母体也可以从其他水母体的下腹部生出来。除去水母生命循环中的可塑性，科学家相信存在着一个极限，一旦水母体到达了繁殖的年龄，这些不同寻常的变态行为再也不会出现。我们一直相信，一旦动物成熟至能够产生卵子和精子，之后唯一的选项就是繁殖和死亡。直到那只在一个周末让自己恢复年轻的水母的出现。
逆转衰老的灯塔水母
意大利萨伦托大学的Stefano Piraino在他位于莱切的实验室附近，发现了这类不死的水母——灯塔水母（Turritopsis）。在实验室，Piraino和合作者观察了水母从水螅体到水母体，以及水母体到水螅体的来回转变，其间没有经过繁殖-死亡的生命过程。
在它们发育成熟成能自由移动的水母体之前，典型的水母幼虫会变成锚状的水螅体，如图。但是一些水母会跳过一些阶段，或者就一直保持在水螅体阶段。（来源：Stefano Piraino）
“这就相当于一只蝴蝶重新变成毛毛虫，简直难以置信。这一定需要真正的变态，而且是相反的变态过程。”Piraino写到。
Piraino也一直强调，通过感染、被捕食等情形，灯塔水母也会经历死亡。“如果它们确实是不死的，那么我们不难想象，海洋中会飘满灯塔水母，但我们并没有看到那样的景象。”他说。但至少在理论上，水母可以永远沿着生命的循环向前，或是向后。在日本，一位科学家在他的实验室里保存了一只灯塔水母几十年。
最近，我们了解到拥有这种永不衰老倾向的，可能不止这类小型水母。
灯塔水母是非常小的物种。如图，多数的水母体都在野外中被吃掉了，它们的永生也没有太大用处。（来源：funkidslive）
在2016年，与Sommer类似的故事发生在中国研究生何劲儒身上。他在研究另一种水母——海月水母时，将一只水母体抛在脑后。几天后，水母体沉到水箱底部一动不动。水母分解成碎片，正常人都会认为它死了然后将它冲入下水道。但何劲儒没有这样做：他继续观察下去。几个月后，如同凤凰涅槃，水母体碎片开始重新组装——触须开始出现，嘴巴开始形成。最后，一个完好的健康水螅体从水母体的尸体中醒来。水母似乎逆转了生命的轮回，而不是简单地死亡。
就像动物一样，个体细胞也会经历生命循环。所有类型的细胞都由干细胞分化而来，这些干细胞就像一块原始的面团。特定的基因会在每个干细胞中表达或者不表达，这使得干细胞可以变为肌肉细胞、表皮细胞或者神经细胞，就像烘焙师可以使面团变成披萨饼、面包或饼干。但是你没有办法将饼干变为披萨。同样，肌肉细胞也不能转变为神经细胞。
可倒回的干细胞
Piraino希望能够理解当水母的身体经历逆转年龄的过程时，在细胞层面到底发生了什么。灯塔水母的细胞生命存在极限吗？灯塔水母的细胞是否完全分化了？答案，有点难以置信，似乎是否定的。
正常情况下，控制胚胎变形为幼虫或者从幼虫变形为水螅体的基因开关是不可逆的。“但是灯塔水母细胞可以启动倒回开关。” Piraino解释说。
当灯塔水母的水母体重回幼年期时，比如，肌肉细胞会关闭或开启一些基因，使其重新表达，这样细胞就倒回干细胞的状态。之后，干细胞会在水螅体中重新形成其他类型的新细胞。
灯塔水母的形状可以任意改变。它们的干细胞可以分化成特定的细胞，之后又可以回到更原始的状态。（来源：Stefano Piraino）
完全分化的细胞可以重新变回干细胞的想法，对于医疗研究有着巨大的吸引力。如果我们能启动自身细胞的倒转开关，就有可能开发出疾病治疗的新方法，帕金森、癌症这样由细胞分化异常引发的疾病有望迎刃而解。“癌症就是细胞不讲规则的增长，不受控制的增长。我们对于新增细胞没有办法。” Piraino说。但在灯塔水母中，细胞能够从一种细胞重新编码为另一种，“是一个受控制的过程”。我们需要了解，这种控制是怎么实现的。
德克萨斯农机大学海洋实验室的Maria Pia Miglietta是Piraino在灯塔水母研究中的合作者。2009年，她发现在日本、巴拿马、美国佛罗里达、西班牙和意大利附近海域生活的灯塔水母的基因基本一致，因而将它们归为同一物种。所以当海洋还没有被不死水母填满时，她证明了这种水母确实在全世界范围内都有分布。
Miglietta发现，我们人类才是灯塔水母分布如此之广的原因——船舶的压载水将它们运送至全球各地。不像一些其他物种，不死的水母对生态系统几乎没有威胁，因为它们很小，对我们的威胁也不大——即使被叮咬也不会感到疼痛。然而，它在水母体和水螅体之间来回转变的能力，使它们能够承受船体的压力，从而帮助它们遍布全球。
不死的细胞指令
当我在德克萨斯州与Miglietta见面时，她的灯塔水母基因工作仍在继续。她现在的研究计划是由两位日本生物学家：山中伸弥（Shinya Yamanaka）和他的学生高桥和利（Kazutoshi Takahashi）提出的。在本世纪初期，他们将4~7段称为转录因子的蛋白注射到小鼠的皮肤细胞中。转录因子和DNA结合，控制哪段基因被表达。两位科学家发现，仅仅是这些少量的蛋白，也能够使皮肤细胞回到干细胞阶段。科学家又能将这些干细胞培养成神经细胞、血细胞和心肌细胞。因为这项开创性的工作，山中伸弥获得了2012年的诺贝尔生理学或医学奖。
科学家发现不仅仅是灯塔水母在受刺激后回到生命轮回中的早期，图中的海月水母同样可以。（来源：oceana）
Miglietta告诉我，现在的主要障碍是，很多关于转录因子的工作都是在培养皿中进行的。但在动物体内，细胞与周围细胞有着持续的交流，它们通过分子信息告诉其他细胞如何运转。
“为了完全理解一个细胞如何变成全能干细胞，之后再转变成其他细胞，你需要知道它在有机体中是如何工作的。” Miglietta说。山中伸弥和他的合作者在最近的论文中指出了相同的问题。他说为了理解细胞的命运，灯塔水母细胞这种从成熟细胞转变为干细胞的机制，是我们的最佳研究对象。
这就是Miglietta和Piraino正在研究的。他们已经收集了灯塔水母的水母体和水螅体，观察它们在逆年龄时哪些基因是活跃的。山中伸弥在小鼠试验中用到的转录因子，也受到了他们的特别关注。
Miglietta列出了一系列他们希望能够解答的问题。“我们希望明白山中伸弥发现的基因在灯塔水母细胞中扮演了什么样的角色，”她说，“这段基因是否存在？如果只有两三段基因，每一段具体控制着什么？我们可以将灯塔水母视作模型系统，来理解基因的行为吗？这是我们现在的努力方向。”
但至少，在收集完所有数据、证实试验的可重复性之前，不死水母的秘密依旧笼罩在神秘面纱之下。
撰文：Juli Berwald
翻译：张克文
审校：吴非
原文链接：
发表于 2018-8-1 03:54
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