大脑再生是自然界最非凡的能力之一。虽然人类无法在受伤后自然再生脑组织，但动物界中却有无数生物拥有这种非凡的能力。从简单的无脊椎动物到更复杂的脊椎动物，这些动物挑战了我们对神经再生的理解，并提供了未来可能带来革命性治疗人类脑损伤和神经退行性疾病的见解。本文对13种非凡生物进行了探索，重点介绍了自然界中发现的多种大脑再生方法，展现了地球生命的韧性和适应性。
脑再生背后的科学
沙子里的海参。图片由 nattapol 通过 Seed 提供。
脑再生是指通过替换受损神经元或生长新神经元（神经发生）来修复受损的神经组织。在包括人类在内的大多数哺乳动物中，成年期的神经发生极其有限，主要发生在海马体和脑室下区。然而，许多其他动物拥有终生活跃的神经干细胞，这使得它们能够修复受损的脑组织。这些动物通常拥有未分化细胞池，这些细胞可以在需要时增殖并分化成神经元。这种非凡能力背后的机制在不同物种之间存在很大差异，涉及不同的信号通路、基因表达模式和细胞对损伤的反应。了解这些机制将为再生医学和人类神经系统疾病的潜在治疗提供宝贵的见解。
涡虫是全脑再生的大师
陆地涡虫。图片由来自俄罗斯圣彼得堡的 Pavel Kirillov 提供，CC BY-SA 2.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0，来自 Wikimedia Commons
涡虫，一种扁形动物，属于扁形动物门，或许拥有动物界最令人瞩目的大脑再生能力。这些小型水生生物能够从仅为原始身体1/279的碎片中再生出包括大脑在内的整个身体。这种非凡能力的秘诀在于它们拥有丰富的多能干细胞，即新生细胞（neoblasts），约占所有涡虫细胞的30%。当涡虫被切割时，新生细胞会迁移到伤口部位并分化成所需的细胞类型，包括神经元。值得注意的是，再生的大脑不仅能发育出正确的结构，还能保留受伤前的记忆。这表明涡虫的记忆可能储存在整个身体中，或者再生过程涉及神经连接的精确复制。研究涡虫的科学家已经确定了参与大脑再生的关键基因和信号通路，包括Wnt/β-catenin通路，这可能为未来治疗人类脑损伤的方法提供信息。
海参去内脏后神经再生
科莫多国家公园的一群小海参。图片来自 Nhobgood Nick Hobgood，CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0，来自 Wikimedia Commons
海参是海参纲（Holothuroidea）的海洋无脊椎动物，它们拥有一种名为“掏膛”（eviscering）的防御机制，这种机制展现了它们强大的再生能力。当受到威胁时，某些物种会排出内脏，包括部分神经系统，之后再重新长出。它们的神经系统由环绕口部的环状结构和五条放射状神经组成，这些神经在受伤或掏膛后能够大量再生。这个过程大约需要3-5周，包括现有细胞的去分化、增殖以及再分化成神经组织。海参会产生特定的神经营养因子来引导这种再生，确保建立正确的神经连接。科学家已经在海参组织中发现了几种促进细胞生长和愈合的生物活性化合物，包括糖苷、肽和多糖。这些化合物在开发人类神经系统疾病的疗法方面具有潜在的应用价值。海参的再生能力彰显了大自然应对生存挑战的巧妙解决方案，并为研究神经再生提供了宝贵的模型。
蝾螈再生冠军
“墨西哥钝口螈”图片由 Artem Lysenko 通过 Pexels 拍摄
墨西哥钝口螈（Ambystoma mexicanum）是一种原产于墨西哥的水生蝾螈，以其非凡的再生能力而闻名，这种能力甚至延伸到大脑的部分区域。这些幼态两栖动物不仅可以再生肢体、尾巴和心脏组织，还可以再生中枢神经系统的重要部分，包括大脑区域。与大多数脊椎动物不同，墨西哥钝口螈在整个成年期都保留着神经干细胞，尤其是在端脑中。脑损伤后，这些干细胞迅速增殖，迁移到受损区域并分化为相应的神经细胞类型。再生过程涉及复杂的分子信号传导，包括成纤维细胞生长因子 (FGF) 和音猬因子 (Shh) 等因子。值得注意的是，墨西哥钝口螈在受伤后 70 周内可以再生高达 12% 的大脑半球体积。这种再生具有重要的功能意义，研究表明，受损大脑区域控制的认知能力和行为可以得到恢复。蝾螈基因组比人类基因组大十倍，其独特的遗传元素或许能够解释其卓越的再生能力。科学家们发现了几个在蝾螈脑再生过程中被特别上调的基因，而这些基因在哺乳动物中则处于非活性或缺失状态，这为治疗开发提供了潜在的靶点。
斑马鱼——脑再生的模型生物
坚韧的斑马鱼——心脏再生的模型（图片来源：pixabay）
斑马鱼（Danio rerio）因其卓越的神经可塑性和实验优势，已成为研究大脑再生的宝贵模型生物。与哺乳动物不同，成年斑马鱼在大脑损伤后能够通过强大的神经发生功能，再生大脑的各个区域。这一过程在端脑尤为明显，其中放射状胶质细胞充当神经干细胞，增殖并取代受损的神经元。脑外伤后，斑马鱼会在24小时内启动特定的再生程序，新的神经元会在4-8周内整合到现有的神经回路中。再生反应包括炎症控制、发育信号通路的激活以及表观遗传重编程。斑马鱼大脑包含大约16个不同的神经发生微环境，而哺乳动物只有两个，这解释了它们卓越的再生能力。它们透明的胚胎和相对简单的大脑结构，包含约100,000万个神经元（而人类则有86亿个），使研究人员能够直接观察神经再生过程。斑马鱼研究已鉴定出参与脑再生的关键分子，包括胱抑素F、趋化因子信号和成纤维细胞生长因子，为人类神经系统疾病提供了潜在的治疗靶点。斑马鱼与人类基因相似——它们约有70%的基因共享——这使得这些研究的发现与人类医学尤为相关。
小龙虾利用血细胞培育出新的神经元
沼泽小龙虾。图片由美国国家公园管理局提供，属于公共领域，通过 Wikimedia Commons 提供。
小龙虾展现出一种独特的大脑再生方式，即将血细胞直接转化为神经元。这些淡水甲壳类动物的大脑中拥有一个神经源性微环境，其中包含神经前体细胞，这些细胞在其一生中不断产生新的神经元。小龙虾的非凡之处在于，这些前体细胞似乎由迁移到大脑并转化为神经干细胞的血细胞补充。这一过程在环境丰富或脑损伤时尤为活跃。研究表明，小龙虾每天可以在特定大脑区域产生数千个新的神经元，尤其是那些负责学习、记忆和感觉处理的区域。血细胞转化为神经元的过程涉及一系列复杂的细胞重编程，由特定的转录因子和信号分子控制。这种机制与大多数其他动物的机制截然不同，表明小龙虾的进化适应性是为了在一生中维持认知功能。 2014 年，肯塔基大学的研究人员发现了这种血液到脑的转化途径，为潜在的再生疗法开辟了新的视角，因为它展示了细胞转分化的自然例子——一种专门的细胞类型直接转化为另一种，而无需恢复到干细胞状态。
海星再生复杂神经网络
铠甲海鲂。图片来自 NOAA 照片库，CC BY 2.0 https://creativecommons.org/licenses/by/2.0，通过 Wikimedia Commons
海星（海星）展现出卓越的神经再生能力，这是其广泛再生能力的一部分。当海星失去一条触手时，它不仅需要再生肢体，还需要再生控制它的复杂的桡神经。这条桡神经是海星分散神经系统的延伸，该系统由中央神经环和延伸到每条触手的桡神经组成。再生过程始于伤口愈合和胚基（blastema）的形成——胚基是一团未分化的细胞，将发育成新的触手及其相关的神经结构。在胚基内，一种被称为放射状胶质细胞的特殊细胞充当神经祖细胞，增殖和分化形成新的神经元和支持细胞。再生遵循从近端到远端的模式，最靠近中央椎间盘的神经组织首先形成。一条触手及其神经成分的完全再生通常需要3-12个月，具体取决于物种和环境条件。值得注意的是，再生的神经组织与现有的神经系统形成了适当的连接，从而恢复了对新触手的功能控制。最近的研究发现了几种对这一过程至关重要的信号分子，包括骨形态发生蛋白 (BMP) 和转化生长因子-β (TGF-β)，它们协调神经再生的时间和模式。
棘鼠是哺乳动物大脑再生的先驱
非洲刺鼠。图片由 Marcel Burkhard 别名 cele4 提供，CC BY-SA 2.0 DE https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/de/deed.en，通过 Wikimedia Commons 提供
刺毛鼠（Acomys 属）是哺乳动物中罕见的代表，它们拥有增强的再生能力，但大脑再生能力有限。这些啮齿动物原产于非洲和中东，以其能够不留疤痕地蜕皮和再生皮肤、再生毛囊、汗腺、软骨，甚至部分脊髓的能力而闻名。最近的研究表明，与实验室小鼠相比，刺毛鼠还表现出更强的神经再生能力。脑外伤后，刺毛鼠的海马体及周围受损区域的神经胶质瘢痕减少，神经发生增加。它们成年后仍保留着大量的神经祖细胞，并上调促进神经存活和再生的生长因子。刺毛鼠脑部的炎症反应也与其他哺乳动物不同，它更倾向于M2型抗炎巨噬细胞反应，而不是非再生物种中常见的促炎性M1型反应。这为神经修复创造了更宽松的环境。研究表明，与实验室小鼠相比，刺毛鼠脑损伤后可再生约10-15%的神经元，认知恢复也相应改善。这些增强能力背后的遗传和分子机制正在被深入研究，因为它们可能代表一种进化中间体，可以为如何增强包括人类在内的其他哺乳动物的再生能力提供新的见解。
九头蛇不朽再生者
九头蛇。图片由 Openverse 提供。
水螅，这种微小的淡水刺胞动物，或许拥有动物界最强的再生能力，包括完整的大脑再生能力。这些体长仅为0.5-1.5厘米的简单生物，能够从仅为原始身体二百分之一的小碎片中再生出完整的身体。它们的神经系统由弥漫性神经网络组成，其中聚集的神经元在口部附近形成一个类似于大脑的初级结构，称为口周神经环。断头后，水螅能够在1小时内通过激活上皮干细胞的过程再生出这一神经结构。这些细胞在Wnt和骨形态发生蛋白（BMP）信号通路的引导下增殖并分化成新的神经元。与大多数动物不同，水螅体内维持着三种不同的干细胞群，它们不断替换所有类型的细胞，从而促进再生，并可能延长其寿命。这些干细胞通过提高增殖率和改变分化模式来应对损伤。研究表明，水螅的再生依赖于精确的生物电信号，这些信号能够确定身体极性并引导再生过程。水螅神经再生基因与包括人类在内的高等动物的基因表现出显著的保守性，这表明再生机制具有古老的进化起源。这种基因保守性使得水螅成为理解神经发育和再生基本原理的宝贵模型，适用于所有物种。
章鱼再生复杂神经回路
章鱼是伪装大师。图片来自那啥。
章鱼在其复杂的神经系统中展现出卓越的神经再生能力。这些头足类动物拥有分布式神经系统，约有500亿个神经元——数量与狗相当——其中三分之二位于腕足而非中央大脑。当章鱼失去一条腕足时，它不仅可以再生肢体，还可以再生其中复杂的神经回路。每条腕足包含约40万个神经元，这些神经元组成神经节，控制运动、感觉甚至学习，并在很大程度上独立于中央大脑运作。再生过程始于伤口愈合，随后是胚基形成。神经祖细胞在胚基内增殖，分化成各种神经元类型并形成新的神经节。再生的神经组织与局部结构和中枢神经系统建立了适当的连接。腕足的完全神经再生通常需要3-6个月，在此期间功能恢复逐渐进行。研究已发现章鱼神经再生过程中独特表达的几种神经营养因子和转录因子，包括Pax6和Notch等章鱼特有的基因变体，这些基因变体在动物门类中均具有保守性。研究表明，章鱼在部分脑损伤后仍能保持记忆和习得行为，这表明它们的中脑存在有效的神经修复机制或代偿性可塑性。复杂的神经系统与强大的再生能力相结合，使章鱼成为理解高级大脑神经修复的宝贵模型。
蝾螈的终身大脑再生器
Patrick Coin（Patrick Coin），CC BY-SA 2.5 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5，来自维基共享资源
蝾螈因其非凡的脑组织再生能力而脱颖而出，其在整个生命周期内，即使在老年时期也是如此。这些两栖动物能够再生中枢神经系统的各个部分，包括大脑、视网膜和脊髓的大部分。脑损伤后，蝾螈会启动一个复杂的再生过程，首先是血凝块的快速形成和免疫反应的激活。与哺乳动物（它们的免疫反应通常会抑制再生）不同，蝾螈的免疫系统通过清除碎片和释放生长因子来促进再生。蝾螈脑再生的关键在于它们能够通过一种称为去分化的过程重新编程成熟细胞。位于脑室内壁的室管膜胶质细胞可以去分化、增殖，然后根据需要重新分化成新的神经元和胶质细胞。这一过程涉及暂时抑制p53等肿瘤抑制蛋白，从而使细胞重新进入细胞周期。研究表明，蝾螈在中脑消融后50天内能够再生约30%的多巴胺能神经元——这一能力与帕金森病研究尤为相关。再生的神经元能够成功整合到现有的神经回路中，恢复其丧失的功能。最近的基因组分析表明，蝾螈拥有独特的基因表达模式和参与细胞外基质重塑和细胞周期调控的特异蛋白质变体，这可能有助于其卓越的再生能力。
蜥蜴尾巴再生
蜥蜴自切术。图片来自 Unsplash
虽然蜥蜴以尾部再生而闻名，但某些物种也表现出有限的大脑再生能力。在约6,000种蜥蜴中，它们的再生能力差异很大，有些物种表现出比其他物种更全面的神经修复能力。豹纹壁虎（Eublepharis macularius）的研究尤为深入，其在损伤后特定脑区表现出显著的神经发生。脑外伤后，这些壁虎会激活脑室区的神经干细胞，使其增殖并迁移到受损区域。这一过程涉及Sox2、Pax6和Nestin等发育基因的上调，这些基因在成年哺乳动物的大脑中通常处于非激活状态。蜥蜴的内侧皮质与哺乳动物的海马体同源，表现出尤其强大的再生能力，新的神经元会在损伤后2-4周内整合到现有的脑回路中。研究已发现蜥蜴炎症反应的几个独特方面可能有助于大脑再生，包括特殊的巨噬细胞激活模式，这些模式可以限制继发性损伤并促进组织修复。有趣的是，能够变色的蜥蜴物种，例如变色龙，在控制这种能力的大脑区域表现出增强的神经可塑性和再生能力。通过比较再生能力不同的近缘蜥蜴物种，研究发现了影响神经修复的遗传和环境因素，提供了宝贵的比较模型。蜥蜴大脑再生的季节性变化，在温暖的月份再生能力增强，表明代谢和激素对神经修复机制的影响可能与治疗方法相关。
水蛭简单而有效的神经再生
吸血水蛭。图片由 GlebK 提供，CC BY-SA 3.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0，来自 Wikimedia Commons
尽管水蛭的神经系统相对简单，但它们却展现出非凡的神经再生能力。这些环节动物拥有类似绳梯的神经系统，由神经索连接的神经节链组成，约有10,000个神经元，根据物种不同，这些神经节被组织成21-34个节段性神经节。当水蛭的神经系统受损时，它会启动一个协调良好的再生过程。在损伤后的数小时内，小胶质细胞（相当于神经系统中的免疫细胞）会迁移到损伤部位，清除碎片并释放刺激修复的因子。断裂的轴突能够再生并以惊人的精度与原始目标重新连接，从而恢复神经功能。
结语
小龙虾腹部有卵。图片由 por_suwat 通过 Seed 提供。
再生脑组织的能力并非科幻小说中的情节——对于种类繁多的动物来说，这的确是生物学现实。从水螅和涡虫等简单的无脊椎动物，到墨西哥钝口螈和蝾螈等更复杂的脊椎动物，这13种生物展现了大自然令人惊叹的再生能力。它们拥有从干细胞增殖到转分化等多样化的机制，为科学探索和医学创新提供了强有力的模型。随着研究人员不断破解脑再生背后的遗传和细胞奥秘，这些动物可能成为未来治疗人类脑损伤、中风和神经退行性疾病的关键。对这些物种的研究不仅加深了我们对生物韧性的理解，也使我们更接近治愈人类大脑的可能性。
关于我们 最新文章 简·奥特联合创始人 at 全球动物大家好，我是 Jan，Animals Around The Globe 的联合创始人，也是运营这个网站的两个人之一。 小时候，我就爱上了大自然、野生动物和动物。在美国、南非、意大利、中国和德国生活让我有机会探索世界野生动物。我最喜欢的动物是山地大猩猩、西伯利亚虎和大白鲨。 我是一名经过认证的 PADI 开放水域潜水员，去过珠穆朗玛峰大本营，还曾在乌干达徒步追踪过大猩猩。我拥有经济学和金融学硕士学位。请将任何反馈发送至 feedback@animalsaroundtheglobe.com Jan Otte 的最新帖子 (查看所有) 你不知道的 15 种稀有猫种 - 8月3，2025 12种在城市中繁衍生息的野生鸟类 - 8月3，2025 13个终生相依的野生动物家族 - 8月3，2025