动物的眼睛有许多种类型，而人类的眼睛属于“照相机型眼”（Camera-type eyes）。这种眼睛由角膜（保护）、晶状体（聚焦）和视网膜（含有数百万光感受器细胞）构成，能够形成高分辨率的图像。

遗憾的是，就如同照相机镜头一旦碎裂无法自行恢复，照相机型眼一旦受损也很难自发再生。那么，是否存在一种动物，既拥有照相机型眼，又能再生它呢？

早在1766年，生物学家斯帕兰扎尼（Lazzaro Spallanzani）就记录过一个惊人的现象：庭园蜗牛在头部被切掉后，表现出惊人的头部再生能力。近年来，有研究进一步指出，一些腹足类甚至能再生“视觉系统”。这些初步发现是否意味着腹足类或许是一种潜在的模式生物，可以被用来探索照相机型眼的再生能力呢？

今年8月，刊登在《自然·通讯》上的一项研究给出了答案。研究人员找到了一个完美的研究对象——福寿螺（Pomacea canaliculata）。

福寿螺。（图/Accorsi et al. via Stowers Institute）

这是一种来自南美的淡水腹足类动物，不仅拥有照相机型眼，而且生命力旺盛、繁殖快、易于实验室养殖。更重要的是，福寿螺的基因组已完成测序，非常适合用于遗传学研究。

在实验中，研究人员切除了福寿螺的整个眼柄和眼球，观察它们是否具备再生能力。结果令人震惊：仅仅一个月内，福寿螺的眼球和眼柄就完全再生了。

研究人员将再生分为四个阶段：

1、在切除后的前24小时，伤口就会完全愈合，防止了感染和体液流失；
2、在切除的第3天和第6天，会形成所谓的芽基，这是一种由疏松、快速增殖的细胞组成的组织，在许多动物的再生过程中都会出现；
3、到第12天，正在再生的视网膜已经清晰可见，同时晶状体开始发育，到第15天的时候，眼球的所有主要结构都已形成，包括视神经；
4、在切除后的第21天和第28天，研究人员观察到这些解剖结构仍在继续发育和成熟。

（图/Accorsi et al. via Stowers Institute）

接着，基因分析显示，在切除眼睛后不久，与正常成年福寿螺眼睛相比，大约有9,000个基因的表达水平发生了变化；即使28天后，仍然有1175个基因的表达水平保持差异。这意味着，虽然眼睛外形已恢复，但在基因层面上，某些细胞类型的完全成熟仍需更长时间。

为更好地理解基因是如何调控再生的，研究人员开发了用CRISPR/Cas9来编辑福寿螺基因组的方法。他们的思路是：改变一个基因，观察福寿螺会出现的变化，从而推断该基因的功能。

在测试中，他们重点关注了一个被称为pax6的基因。在人类、小鼠与果蝇中，pax6都是眼睛发育不可或缺的基因。在实验中，研究人员让福寿螺胚胎中的pax6失去功能。结果，这些胚胎在发育过程中完全没有形成眼睛。这表明pax6在福寿螺的眼睛发育中同样至关重要。接下来，他们还计划测试：pax6是否也参与了成年福寿螺眼睛的再生。

但还有一个问题仍待解答：新长出的眼睛，真的能“看见”吗？

目前，还没有直接证据证明再生的眼睛具备完整的视觉功能。不过，从解剖结构上看，它们拥有成像所需的全部组件。未来，研究人员将通过行为学实验，来检验福寿螺是否能依靠新生的眼睛感知光和图像。

这项研究首次为科学家提供了一种既能完全再生照相机型眼、又能进行基因编辑的模式动物。它为探索眼睛再生的分子机制开辟了新途径。由于福寿螺的眼睛在解剖结构和基因层面与人类相似，未来当我们彻底理解它的再生机制时，人类眼睛的损伤或许也将迎来真正的逆转。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

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来源: 科普中国创作培育计划

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