Mất một cánh tay, mọc lại một cánh tay mới. Nghe có vẻ như một câu chuyện siêu anh hùng, nhưng đối với một số loài động vật, đó chỉ là quy luật sinh học.

Kỳ nhông Mexico (axolotl) - một loài kỳ nhông nước nhỏ có nguồn gốc từ Mexico - có khả năng tái tạo hoàn toàn một chi bị đứt lìa, bao gồm toàn bộ cơ bắp, dây thần kinh và mô liên kết, chỉ trong vài tuần. Nó có thể làm điều này nhiều lần, trong suốt cả cuộc đời.

Và giờ đây, các nhà nghiên cứu Harvard đã khám phá ra một phần quan trọng của cơ chế hoạt động thực sự của nó.

Trong số các loài động vật có xương sống, kỳ nhông là loài duy nhất có khả năng này. Một số loài động vật không xương sống — như giun dẹp Planaria, có thể tái tạo toàn bộ cơ thể chỉ từ một mảnh mô nhỏ — thậm chí còn tiến xa hơn. Nhưng khi nói đến các loài động vật bốn chân có xương sống, kỳ nhông là loài duy nhất có thể tái tạo hoàn toàn các chi.

Mầm tái tạo: Nơi bắt đầu quá trình tái tạo

Khi một con kỳ nhông mất một chi, vị trí bị thương không chỉ lành sẹo như ở người. Thay vào đó, vết thương hình thành một cấu trúc chuyên biệt gọi là mầm tái tạo — một khối tế bào chưa biệt hóa, về cơ bản trở lại trạng thái nguyên thủy và linh hoạt hơn. Từ mầm tái tạo đó, các tế bào sau đó tái biệt hóa và dần dần xây dựng lại cấu trúc bị mất từ ​​đầu, hoàn chỉnh với sự sắp xếp đúng cách, hình thành khớp và kết nối thần kinh.

Quá trình này đã được nghiên cứu trong hơn một thế kỷ, nhưng bức tranh toàn cảnh về những yếu tố điều phối nó vẫn còn khó nắm bắt. Một bí ẩn quan trọng là tại sao việc cắt cụt một chi dường như kích hoạt phản ứng tế bào trên toàn bộ cơ thể — ngay cả ở các chi và cơ quan không bị thương, không hề gần vết thương.

Adrenaline và phản ứng chiến đấu hay bỏ chạy

Một nhóm nghiên cứu của đại học Harvard đã dành hơn sáu năm để tìm hiểu bí ẩn này, và những phát hiện của họ rất đáng chú ý. Phản ứng toàn thân hóa ra được điều khiển bởi mạng lưới tín hiệu adrenergic — cùng một hệ thống được biết đến nhiều hơn với tên gọi phản ứng "chiến đấu hay bỏ chạy", liên quan đến các hormone như adrenaline và noradrenaline. Khi một chi bị đứt lìa, hệ thống này kích hoạt các tế bào gốc và tế bào tiền thân trên khắp cơ thể, chứ không chỉ tại vị trí bị thương.

Về cơ bản, hiệu ứng này là sự chuẩn bị toàn thân. Các chi không bị thương khác trở nên sẵn sàng tái tạo nhanh hơn, điều này rất hợp lý — kỳ nhông trong tự nhiên thường xuyên mất nhiều chi do bị kẻ săn mồi hoặc do va chạm với nhau, và việc được chuẩn bị sẵn sàng cho phản ứng nhanh chóng là một lợi thế sinh tồn rõ ràng. Các tế bào được kích hoạt cũng cấu hình lại kiến trúc DNA của chúng, giúp dễ dàng kích hoạt một số gen liên quan đến tái tạo khi cần thiết.

Tuy nhiên, sự chuẩn bị đó không kéo dài vô thời hạn. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nó chỉ tồn tại trong vài chu kỳ tế bào trước khi biến mất — có lẽ vì duy trì nó đòi hỏi quá nhiều năng lượng trao đổi chất.

Tại sao con người mất khả năng này — và liệu nó có thể được phục hồi hay không

Câu chuyện tiến hóa ở đây rất thú vị. Một số nhà nghiên cứu tin rằng tổ tiên chung cổ xưa của tất cả các loài động vật bốn chân — nhóm bao gồm động vật lưỡng cư, chim và động vật có vú — thực sự có thể tái tạo chi, và khả năng này đã dần bị mất đi ở hầu hết các dòng dõi theo thời gian. Con người vẫn mang các gen liên quan đến sự phát triển của chi. Các gen tạo nên ngón tay và chân trong phôi thai người cũng có mặt ở người trưởng thành. Chúng chỉ không được kích hoạt sau khi quá trình phát triển hoàn tất.

Điều khiến những phát hiện của Harvard đặc biệt có ý nghĩa là adrenaline cũng tồn tại trong cơ thể người. Các con đường tín hiệu liên quan đến quá trình tái tạo chi ở kỳ giông sử dụng bộ máy phân tử không hoàn toàn xa lạ với sinh học của chúng ta. Điều đó làm dấy lên khả năng thực sự về việc cuối cùng có thể tận dụng một số cơ chế này — tìm ra những công tắc nào cần bật và theo thứ tự nào, để thúc đẩy mô người tái tạo thay vì hình thành sẹo.

Kỳ nhông không phải là loài động vật duy nhất chỉ ra con đường này. Sao biển không chỉ có thể mọc lại một cánh tay đã mất — ở một số loài, một cánh tay bị tách rời có thể tái tạo thành một cơ thể hoàn toàn mới. Cá ngựa vằn có thể tái tạo mô tim với sẹo tối thiểu. Sự đa dạng của các chiến lược tái tạo trong thế giới động vật cho thấy có nhiều con đường sinh học dẫn đến cùng một kết quả cuối cùng.

Tuy nhiên, kỳ nhông Mexico vẫn là cửa sổ rõ ràng nhất về những gì có thể xảy ra ở động vật có xương sống. Và ngày càng rõ ràng hơn, những gì có thể xảy ra ở con người.