如果你踩到一只蜗牛，你就会知道。它们壳破碎的声音，或者脚下感到它们黏滑湿润的身体。尽管它们行动迟缓，身体结构简单，但苹果螺（Pomacea canaliculata）的眼睛在解剖结构上与人类的眼睛非常相似。这两种生物都有类似照相机的复杂眼睛，拥有晶状体、角膜和视网膜，可以捕捉周围的世界。
与人类不同，苹果螺如果眼睛受伤或被截肢，它们可以重新长出来。为了做到这一点，苹果螺发展出了一些不寻常的工具来改变它们的基因组，这可能为未来人类的同类行为提供信息。这些发现详细记录在8月6日发表在《自然·通讯》杂志上的一项研究中。
“再生并非魔法，而是一个由基因编码的过程，这意味着有一天，从伤病中恢复的能力将可能得到根本性的改善，惠及所有人，”斯托尔斯医学研究所的生物学家、该研究的合著者Alejandro Sánchez Alvarado告诉《大众科学》。
认识苹果螺及其神奇的眼睛
在美国部分地区，苹果螺被视为入侵物种。这些体长两到三英寸的蜗牛原产于南美洲，特别是巴西和阿根廷的部分地区。近年来，通过水族贸易和意外暴露，它们已传播到北美、欧洲和亚洲，并对当地生态系统构成威胁。德克萨斯州入侵物种研究所的数据显示，在失控的农田中，蜗牛造成的损害可能高达100%，影响到发芽阶段的水稻幼苗。
“有趣的是，使它们成为入侵性害虫的特质，也使它们成为优秀的实验动物，”该研究的合著者、目前在加州大学戴维斯分校工作的发育生物学家Alice Accorsi告诉《大众科学》。“它们生命力顽强，生长迅速，繁殖量大。它们还具有直接发育的特性，没有幼体期或变态过程，这简化了它们的研究生命周期。”
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研究人员还研究了一个在脊椎动物和果蝇的眼球发育中起着至关重要作用的基因（称为pax6），该基因也存在于苹果螺中。
“随着CRISPR技术的出现，我们现在可以在这个物种中操纵基因。这包括靶向性地破坏pax6基因，它是眼球发育和再生中一个重要的调控因子，”Sánchez Alvarado解释说。
苹果螺大约需要28天才能再生出眼睛，从最初的截肢到完全恢复。这个过程包括四个独立的阶段：伤口愈合、特殊细胞团形成、晶状体和视网膜的出现，以及所有眼部组件的成熟。
所有脊椎动物（包括我们人类）只能完成第一个伤口愈合阶段。现在，研究人员正在努力找出再生和发育发生分歧的确切位置，并试图找出苹果螺用来触发新眼球发育的遗传开关。
编辑眼球基因
在新研究中，研究小组在实验室中使用CRISPR基因编辑技术来破坏pax6基因的功能。通过编辑基因产生的新一批苹果螺是健康的，但眼睛缺失。
在眼球再生的每个阶段，研究小组收集并分析了存在的基因活动。关于基因表达时机的重要数据，现在可以帮助缩小最有希望用于眼球再生的基因范围。有了这个潜在的眼球再生基因列表，研究小组可以进一步使用CRISPR来破坏这些基因，以观察它们是否是眼球再生所必需的。
“这项研究中最让我惊讶的是这些苹果螺眼球再生的速度之快、之精确和之可重复，”Accorsi说。“在整个眼睛被移除后，再生迹象在不到两周内出现，并在不到一个月的时间内恢复了一个具有所有组成部分的新眼睛。”
他们的分子研究还表明，许多相同的基因参与构建了苹果螺的眼睛和人类的眼睛。尽管它们是独立进化的，但Accorsi表示，这表明自然界可能有很多种构建眼睛的方法。
“在非常不同的物种（人类和苹果螺）之间，基本的遗传构成模块是共享的，”她补充道。
自然的“进化实验”
根据研究小组的说法，在分子水平上理解这个过程如何运作，在多个领域都有应用。最直接的结果之一是能更好地理解为什么人类和脊椎动物难以再生眼球等复杂结构。除了眼睛，苹果螺还可以作为研究组织再生的模型生物。
它也具有一些潜在的治疗应用。像pax6这样的基因可能在许多动物中发挥相似的作用，因此这项研究的发现可能有助于开发能够保护眼睛健康，并有一天促进人类眼睛修复或再生的治疗方法。
“了解一些动物如何再生复杂的眼睛（以及哪些基因参与其中）有一天可能会为人类眼部损伤或角膜营养不良、黄斑变性等退行性疾病的治疗方法提供信息，”Sánchez Alvarado说。
这类研究也突显了持续研究各种生物以做出新发现的重要性。
“大自然已经通过进化进行了许多‘实验’，通过探索不同物种如何解决相似的生物学挑战，我们经常发现，实现相同结果的方法不止一种，”Accorsi说。“揭示这些多样的策略可以开辟全新的视角，让我们理解——并最终治疗——我们自己的身体。”
