Amputaation kohdatessaan oliot voidaan luokitella kolmeen pääkäyttäytymistapaan. Katsotaanpa, miten erityyppiset oliot korjaavat kehoaan ja miten ne toimivat.


Kun lisko on vaarassa joutua petoeläimen syömäksi, se katkaisee oman häntänsä ja käyttää katkaistua häntää syöttinä paetakseen. Mutta joutuuko häntänsä menettänyt lisko elämään ilman sitä enää koskaan? Ei aivan. Liskon häntä kasvaa takaisin alkuperäiseen muotoonsa sen jälkeen, kun se on katkaistu. Tarkastellaanpa toisaalta koiran tapausta. Jos pennulta amputoidaan jalka onnettomuudessa, se ei kasva takaisin. Sama pätee muihin ruumiinosiin, kuten häntään, joka amputoinnin jälkeen paranee leikkauksen muotoon, mutta ruumiinosa ei palaudu alkuperäiseen muotoonsa. Kuten näistä kahdesta esimerkistä näkyy, olennot reagoivat eri tavoin ruumiinosien menettämiseen. Eliöt reagoivat kehossaan tapahtuviin muutoksiin monin eri tavoin. Katsotaanpa joitakin niistä.

Ensinnäkin jotkin eliöt reagoivat ruumiinosan menettämiseen trauman seurauksena uudistamalla sen. Katsotaanpa tarkemmin edellä mainitun liskon hännän uusiutumisprosessia. Lisko katkaisee oman häntänsä vaaran uhatessa. Heti kun häntä on katkaistu, hermosolut lähettävät signaaleja aivoihin, jotta aivot voivat tunnistaa, että häntä on katkaistu. Kun aivot tunnistavat tämän, ne keskittävät fibroblastikasvutekijäksi (FGF) kutsuttua signaaliainetta katkaistun hännän lähelle. FGF auttaa alueen soluja erilaistumaan uudelleen eli muuttumaan soluiksi tai kudoksiksi, jotka tekevät jotain muuta kuin mitä ne tekivät ennen hännän katkaisemista. Nämä uudelleen erilaistuneet solut muuttuvat sitten gemmaksi, jolla on kyky erilaistua kantasolujen tapaan, erilaistua uudelleen häntäsoluiksi ja jakautua uuden hännän muodostamiseksi. Yhteenvetona voidaan todeta, että FGF vaikuttaa hännän lähellä oleviin soluihin ja ne erilaistuvat uudelleen gemmaksi, ja nämä gemmat erilaistuvat häntäsoluiksi muodostaen uuden hännän. Liskon korjauskyvyllä on kuitenkin rajansa. Uusi häntä koostuu rustosta, ei luusta. Vaikka se olisi samanmuotoinen, sen koostumus ei ole täsmälleen sama kuin vanhan hännän. Lisäksi lisko voi korjata vain häntänsä, ei muita ruumiinosia.

Sammakkoeläiminä salamanterit ovat matelijoihinsa, liskoihin, nähden paremmassa asemassa, kun on kyse vahingoittuneiden ruumiinosien korjaamisesta. Liskojen tavoin salamanterit erittävät FGF:ää ruston muodostamiseksi ja uudistamiseksi, mutta toisin kuin liskot, salamanterit pystyvät uudistamaan pyrstönsä osia, kuten luita ja lihaksia. Lisäksi ne voivat uudistaa jalkojaan ja jopa silmiään. Salamanterien uudistumisen salaisuus piilee ERK-geenin ilmentymisessä. ERK-geenin tehtävänä on käskeä vammakohdan lähellä olevia soluja lisääntymään. Salamantereissa tämä geeni ilmentyy jatkuvasti, minkä ansiosta ne pystyvät uudistumaan.

Toisaalta on myös eläimiä, joiden amputoidut ruumiinosat eivät kasva uudelleen, vaan ne pysyvät amputoituina. Tämä reaktio on havaittu useimmiten nisäkkäillä. Edellä mainittua ERK-geeniä esiintyy myös pennuilla ja ihmisillä. Samaa salamantereiden kehon uusiutumisen ilmiötä ei kuitenkaan tapahdu pennuilla tai ihmisillä. Syy tähän liittyy geenin ilmentymisen pysyvyyteen. Salamantereissa geeni ilmentyy jatkuvasti, kunnes keho on korjaantunut. Ihmisillä ja muilla nisäkkäillä tämä kestää kuitenkin vain noin neljä tuntia, mikä ei riitä ruumiinosan uusiutumiseen.

On myös tapauksia, joissa yksilöstä irti leikattu ruumiinosa muuttuu toiseksi yksilöksi, jolloin syntyy kaksi yksilöä. Tämä on suvuttoman lisääntymisen muoto, jossa organismi lisääntyy tekemällä itsestään tarkan kopion, ja sitä voidaan havaita meritähdissä ja planarioissa. Meritähtien tapauksessa suvuton lisääntyminen tapahtuu, kun ne leikataan niin, että ne sisältävät keskialueen, jota kutsutaan pyloriseksi mahalaukuksi. Planarioilla kantasolujen osuus voi olla 15-20 prosenttia. Tämä on neljä-viisi kertaa enemmän kuin ihmisillä. Molemmissa lajeissa on ruumiinosia, jotka voivat erilaistua erilaisiksi kehon kudoksiksi. Erilaistumaan kykenevien ruumiinosien suuri prosenttiosuus tarkoittaa myös sitä, että uusia yksilöitä voidaan luoda ruumiinosien uusiutumisen lisäksi.

Miksi eri organismit eroavat toisistaan kyvyssä regeneroida menetettyjä ruumiinosia? Evoluutiotieteilijät tulkitsevat tätä evoluutionäkökulmasta. He väittävät, että kullakin lajilla on erilaiset selviytymismahdollisuudet sen perusteella, miten se reagoi amputaatioon. Tämän seurauksena evoluution on täytynyt suuntautua kohti vastauksia, jotka lisäävät selviytymismahdollisuuksia. Siksi oletetaan, että edellä mainitun ERK-geenin ilmentymisen kesto olisi vaihdellut vasteen mukaan. Toisin sanoen, kun salamanteri amputoidaan, se selviytyy todennäköisemmin, jos sen keho kiinnitetään kokonaan takaisin kuin jos siltä puuttuu osa kehostaan, vaikka se kestäisikin hieman kauemmin. Tämän vuoksi salamanterit ovat kehittyneet siten, että ERK:n ilmentymisaika on pidempi. Nisäkkäillä eläminen paloitellun ruumiin kanssa on helpompaa kuin energian kuluttaminen sen korjaamiseen, joten ERK:n ilmentymisaika on kehittynyt lyhyemmäksi. Evoluutiossa korkeammalla olevissa eliöissä, kuten nisäkkäissä, on myös olemassa kontrolleja, jotka estävät soluja menemästä pois raiteiltaan. Evoluution aikana, kun keho kasvoi ja kunkin elimen tehtävät kehittyivät, jokainen solu suunniteltiin suorittamaan juuri erilaisia ruumiintoimintoja. Koska jokaisen solun tai kudoksen on tehtävä tehtävänsä, jotta osiensa summa, elämä, toimisi moitteettomasti, se on kehittynyt estämään signaalit, jotka kertovat, että se on poistumassa paikaltaan. Kaikilla soluilla on samat geenit, mutta tietyn geenin ilmentyminen riippuu siitä, missä se sijaitsee ja mikä sen tehtävä solussa on, kuten aiemmin mainitun ERK-geenin ilmentymisen estäminen. Tämä ilmentymisen säätely on kuitenkin tiukempaa monimutkaisemmissa organismeissa, mikä saattaa selittää erot uusiutumiskyvyssä.

Eliöissä on havaittu kolmenlaisia reaktioita amputaatioon. Eliöt uudistavat puuttuvan osan palauttaakseen alkuperäisen ulkonäkönsä, elävät puuttuvan osan kanssa tai puuttuvasta osasta tulee toinen yksilö, jolloin yksilö tai laji säilyy. Kun siirrymme evoluutiossa korkeampiin eliöihin, elämää ylläpitävät periaatteet kehittyvät ja monimutkaistuvat, ja juuri tämä evoluutio aiheuttaa erot näissä reaktioissa. Uudistuminen edellyttää, että menetetyn osan ympärillä olevat solut pystyvät korvaamaan menetetyn osan. Korkeammissa eliöissä järjestelmä on kuitenkin niin järjestäytynyt, että jo erilaistuneiden solujen on vaikea kääntyä toiseen suuntaan. Tämän vuoksi meritähdet ja planaria, jotka ovat suhteellisen matalia eliöitä, pystyvät täysin uusiutumaan ja synnyttämään uusia yksilöitä, kun ne kärsivät amputaatiosta. Liskot ja salamanterit, jotka ovat meritähteä ja planarioita korkeampia organismeja, pystyvät uudistamaan ruumiinosia. Nisäkkäät, jotka ovat liskoja ja salamantereita korkeampia eliöitä, ovat lähes mahdottomia uusiutumaan.

Eri eliöiden uusiutumisen periaatteita ja mekanismeja tutkitaan parhaillaan aktiivisesti. Ja viime aikoina nisäkkäiden on havaittu uudistuvan. Nämä nisäkkäät eivät ole kehittäneet uutta uusiutumismenetelmää, vaan ne ovat pikemminkin aktivoineet uudelleen geenin, joka oli nisäkkäillä tukahdutettu. Jos tämä geeni saadaan aktivoitua uudelleen ihmisissä, meidän ei ehkä tarvitse turvautua proteeseihin tai käsiproteeseihin. Uusiutuvan lääketieteen ansiosta voimme odottaa aikaa, jolloin ihmiset voivat jälleen käyttää omaa kehoaan.