人类为什么不进化出断肢重生的能力?

有人好奇，为什么人类不进化出断肢重生的能力?

但其实是有的。

当我们还在妈妈肚子里时，一开始我们和蝾螈一样，拥有断指再生的完全能力[1]。

当然，用不上就是了。

出生后的婴儿时期，通常也具有一定的再生能力[2] [3]。不过，只有指尖很小的一部分可以，通常需要不伤害到甲床。

少部分成年后还具有一定这样的能力。

「图片预警」

• 成年人指尖断裂再生过程：

成年人指尖断裂再生过程

• 儿童断指再生：

可以看出，儿童的断指再生能力，明显比成年人更强。

世界上没有哪一种生物，没有再生能力。

区别在于再生能力的强弱。

人类的再生能力，限于皮肤、黏膜、肝脏、指尖、体液相关系统等等。和演化树更加基干的一些动物相比，这种再生能力，的确太拉胯了，聊胜于无。

壁虎可以再生出阉割版的尾巴。

蝾螈不仅可以再生尾、爪、四肢、眼睛，损伤的大脑也能再生[4]。

• 损伤的蝾螈脑可能诱导神经干细胞逆转化，从而回到年轻状态，启动再生过程。

斑马鱼同样再生能力强大，无论鱼鳍、心脏、脊髓，还是肠道等重要器官，都具有再生能力。

一般来说，比起哺乳动物，两栖动物和鱼类具有更强的器官再生能力。

断指再生，一般是这样的过程[5] [6]：

发生断肢损伤后，伤口表皮会迅速覆盖断肢表面，随后间充质细胞去分化形成干性更强的芽基。芽基细胞具有位置记忆，可以不断向外完成断肢的再生修复。

这个过程一般由多个hox基因（同源异形基因，通常多组决定肢体的分化和发育）一起调控。

斑马鱼尾鳍修复过程

b、传统观点；c、最新发现

至于演化支更加基干的动物，再生能力会更强。

除此之外……

深缘海天牛可自我斩首和再生。

摩尔根把一条2cm的涡虫，被切成279块后（约10000个细胞），一周后得到的279条完成活体。

纽虫可以被切成二十万分之一[7]。

而比水螅更加基干的动物，干细胞部分通常认为再生能力的限制非常低。例如，最简单的多细胞动物海绵，能做到碎末再生。

从门或者纲的大分类来说，动物基本上复合再生能力从简单到复杂的规律。

同一个门或者纲内，则可能表现出比较大的再生差异。

这样的再生差异，体现出演化上的「鱼和熊掌不可兼得」。

最早的多细胞动物基本上都是一些干细胞团，它们是十分脆弱的。

面对环境中的化学危害、紫外线危害、机械应力危害，自然而然有两条路摆在它们的面前。

1、要么不对抗危害，不断用干细胞修复，只要修复的速度快于损伤，就能继续生存。

2、要么分化干细胞，发展成具有各种功能的细胞，例如发展出表皮隔断外部化学危害，发展出黑色素细胞抵抗紫外线，发现出外骨骼、鳞片降低机械应力损伤。

如果我们把再生能力给个0~100分，0分和100分的动物基本上没有，都在这个区间内，只不过分数有高有低。

是什么力量决定了不同动物再生能力的高低？

答案是——

• 繁殖。

这或许是很多人都不想到的答案。

任何理论永生的个体，都可能因为意外而死亡。只有通过繁殖，基因才能不断存续下去。

对于一个有生存个体上限的环境来说，亲代和子代其实是竞争关系。对于分化越高的动物来说，当环境变化时，基因保守的亲代是竞争不过具有基因多样性的子代的。

这就会造成亲代死亡，留下子代继续繁衍生息。

水螅的繁殖正是这样的过程。

环境优渥时，它们进行出芽繁殖，当环境恶劣时，它们进行有性繁殖，从而渡过干旱或严寒。

• 所以，水螅虽然是一种理论上永生的动物，但并不能真正永生。

处于有性繁殖和无性繁殖之间的水螅，其实很好地预示了，具有更高分化的动物，为什么大多失去了无性繁殖，最终都只保留了有性繁殖。

• 值得注意的是，孤雌繁殖并不是无性繁殖。

比水螅具有更高分化的动物，不仅细胞干性的逆转成本更高，也意味着个体更加难以适应恶劣的环境变化（高分化的动物，对适应的环境往往具有性状特化现象）。

演化压力，自然给到了有性繁殖。

即便一开始它们是完全再生的，然而当资源有限时，牺牲个体再生能力把资源分配到有性繁殖的分支，会因为表现出更强种群优势，而得到繁衍生息的机会。

经过长期演化，随着动物分化程度越来越高，繁殖策略不断更新，个体再生能力自然而然变得更弱。个体再生能力变差之后，体现出来的便是衰老。

当然，种内竞争也促使着这个过程的发生发展。

当亲代生下第一批子代，这些年轻、健康、强壮、繁殖能力强的子代，不仅和亲代是竞争关系和第二批、第三批子代也是竞争关系。

当然，竞争关系的强弱，取决于内部资源的大小。

然而随着每一次种群瓶颈的到来，竞争关系都会白热化。

对于衰老程度足够高的亲代，不仅它们自身竞争不过年轻的后代，繁殖能力下滑后产生的新后代竞争能力也会更低。

在不断淘汰的过程中，演化压力会促使种群朝着成本更低的方向发展：

衰老的亲代不仅不会高成本的逆转干细胞，还会丧失繁殖能力，繁殖能力丧失后还会加速衰老和死亡。大多数昆虫正是这种状态的极端表现，交配/繁殖后即尘归尘、土归土。

虽然大多数脊椎动物表现会好一些，但繁殖能力丧失后，往往都会快速衰老和死亡。人类同样具有这样的规律（尤其是女性）。

人类衰老后之所以还有长达1/3的寿命，则可能源于隔代照顾和知识传承的演化压力。

• 见“祖母假说”[8]。

正是因为子代竞争，高分化的动物才没有保留或发展出高再生能力，反而保持甚至促进衰老和死亡的发生。

从某种意义上来说，一个人的生、老、病、死的本源动力，都是来源于数亿年演化压力，对基因一代代的不断雕刻。

参考

1. ^Allan, Christopher H., et al. "Tissue response and Msx1 expression after human fetal digit tip amputation in vitro." Wound repair and regeneration 14.4 (2006): 398-404.
2. ^Dolan, Connor P., Lindsay A. Dawson, and Ken Muneoka. "Digit tip regeneration: merging regeneration biology with regenerative medicine." Stem cells translational medicine 7.3 (2018): 262-270.
3. ^Choi, Yohan, et al. "The strategy and method in modulating finger regeneration." Regenerative Medicine 9.2 (2014): 231-242.
4. ^Wei, Xiaoyu, et al. "Single-cell Stereo-seq reveals induced progenitor cells involved in axolotl brain regeneration." Science 377.6610 (2022): eabp9444.
5. ^McCusker, Catherine, Susan V. Bryant, and David M. Gardiner. "The axolotl limb blastema: cellular and molecular mechanisms driving blastema formation and limb regeneration in tetrapods." Regeneration 2.2 (2015): 54-71.
6. ^Uemoto, Toshiaki, Gembu Abe, and Koji Tamura. "Regrowth of zebrafish caudal fin regeneration is determined by the amputated length." Scientific reports 10.1 (2020): 649.
7. ^Zattara, Eduardo E., et al. "A phylum-wide survey reveals multiple independent gains of head regeneration in Nemertea." Proceedings of the Royal Society B 286.1898 (2019): 20182524.
8. ^Watkins, Aja. "Reevaluating the grandmother hypothesis." History and philosophy of the life sciences 43.3 (2021): 103.