What Makes an Axolotl So Super?

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Theme song by Destin Heilman

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ERIC: From the Museum of Science, Boston, this is Pulsar, a podcast where we answer questions from you, our audience. I'm your host, Eric. Recently, we received a question from Christa who asked about the amazing abilities of axolotls. We thought, why not dedicate an episode to these unique animals and ask a scientist who studies their superpowers to tell us all about them.

My guest today is Dr. Fallon Durant. A postdoctoral fellow in stem cell and regenerative biology at Harvard University's Whited Lab. Dr. Durant, thank you so much for joining us on Pulsar today.

FALLON: Thank you so much for having me. I'm so excited to be here.

ERIC: So let's start from the beginning.

Tell us what an axolotl is.

FALLON: Happy to, so an axolotl is a type of salamander. And salamanders are types of amphibians. So their life cycle is pretty similar to other amphibians like frogs. And salamanders lay their eggs in water and they're younger born without legs. So, they resemble tadpoles at first.

And most salamanders undergo a process called metamorphosis, which is just a fancy word for one body type changing into a very different one. And you might have heard of this when learning about how tadpoles metamorphose into frogs, or when caterpillars turn into butterflies. So salamanders go through a really similar process.

And they go through massive changes when they become adults to change from an animal that lives in water to becoming one that lives on land. But axolotls are a very special type of salamander. And they are what we call neotenic, which means that they stay in their larval state or their young state for their entire lives.

So they live in water for their entire lifetime. They grow legs and they become actually quite large. On average, they grow to about a foot in length, but they maintain their dorsal fin and they maintain their external gills. So you've probably seen this sticking out of their head, and these fringe-like structures.

And they continue to be excellent swimmers and underwater breathers.

ERIC: Now, where do they live? Do we have any axolotls anywhere around here?

FALLON: Nowhere around here unless they're in a laboratory or in someone's house as a pet. So naturally they're found in Mexico. They once lived in two separate lakes there.

And unfortunately one of those lakes was drained due to flood control. And then urbanization also contributed to lots of problems including the introduction of certain fish species like tilapia and carp into the lake that was their primary habitat or home. And unfortunately, these types of fish eat young axolotls.

So the combination of the flood control changing their one lake habitat to being primarily a canal system that's very swamp like. And the fact that they're younger getting eaten by these fish. They're now very critically endangered.

ERIC: And what we really wanna talk about today is this amazing ability that axolotls have.

So what makes them so unique? What is an axolotl's superpower?

FALLON: So I would say that the axolotl's superpower is they have an amazing ability to regenerate. So they can regenerate their arms, their legs their tail, parts of their heart, and brain, and spinal cord which is really remarkable.

Because these are things that humans do not do quite as well. And so, we have a lot to learn from these animals because naturally they're able to do this themselves from the time that they are very very young. And even through adulthood.

ERIC: So how does an axolotl actually go about regenerating a limb?

FALLON: It's a really cool process. So the first thing that happens is when there's an injury to an axolotl, so say they lost a limb for example. In this case, what happens is first there will be a blood clot, and then a very thin layer of skin will form over the surface of the wound.

And this layer of skin underneath it over the next few days, a bunch of cells will start to rapidly divide. Once they rapidly divide, they'll start to form the shape of a cone. And all of the cells that are within this cone are what we call blastema cells.

So this cone-shaped structure is called a blastema. Which is something that humans do not make when we experience injuries. And all of these cells start to rapidly divide until the cells will begin to differentiate. Which means they begin to regain an identity that they once lost, telling the cells, I'm going to become a bone cell.

I'm going to become a muscle cell. And they all communicate with one another in order to start to make a little tiny miniature limb that eventually grows to be an exact replica of the limb that was once lost. Can't tear them apart.

ERIC: So it ends up being good as new.

FALLON: Good as new.

ERIC: So can you tell us a little bit about the lab and the research that you're doing? What are you trying to learn from these animals and their amazing abilities?

FALLON: First off, it takes a massive team of highly trained professionals in order to successfully conduct this kind of research with the axolotls.

So, obviously it's our primary importance to make sure that the animals are safe, and healthy, and happy living in our laboratory. And that means that we have to have a highly skilled animal care staff who include veterinarians, scientists, non science professionals, and animal care technicians who dedicate their entire careers to making sure that our science is sound.

And any medical procedures that the animals experience are performed by highly trained staff, who must be approved by this massive committee in the first place to make sure that the animals are properly cared for. And so primarily what our lab is trying to understand is how they are able to achieve these superpowers from a molecular level.

Really what I mean by that is I'm trying to understand what information from their DNA, the axolotls are using in order to do things like regenerating the limb for example. And axolotls also have other really great superpowers other than regeneration. For example, they do not scar. It's not something that they experience, which is really impressive.

I mean humans, we have probably about 100 million patients per year who experienced fibrosis and scarring, which can lead to really significant complications for a lot of these people. And these animals have solved that problem entirely. They can do it on their own. They don't experience this at all.

So if I can understand what pieces of their DNA are helping them prevent scarring naturally. Hopefully we can develop therapeutics for humans someday that will either prevent scarring or treat scars that have already formed. They're very highly resistant to getting cancer. So there's also some really impressive opportunities out there to understand the way that axolotls are able to inhibit cancer naturally so that we can create therapeutics for cancer patients in the future too.

ERIC: So beyond just kind of being curious about their superpower, studying it might actually benefit people's lives a great deal.

FALLON: Absolutely. I think that there are going to be some really important medical advances that are gonna come out of this research someday. And it's gonna take a long time.

I mean, if you think about in the case of trying to learn how a human can regenerate a limb, that's going to take the work and the funding for a lot of different labs. A lot of different smart people coming together in order to figure out how all of this works.

And I think that will be a massive undertaking that will achieve eventually. But it will take a very, very long time. But I think that for things like scarring or cancer, I think that those potential discoveries are right at our fingertips. I think that we'll be able to get more knowledge that we need in order to benefit medicine.

Just by understanding what some of these genes or pieces of genetic information are, in order to make a difference.

ERIC: Dr. Durant, thank you so much for coming on Pulsar and talking to us all about axolotls.

FALLON: Thank you so much for having me. I'm so excited to be here and happy to share.

ERIC: If you've never met an axolotl in person, you can get an up-close look at the hall of human life in the Green Wing of the Museum of Science. If you'd like to have one of your questions answered by a visiting expert or a Museum of Science educator, you can email them to sciencequestions@mos.org.

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That's it for this episode of Pulsar. Join us again soon.

Español

ERIC: Desde el Museo de Ciencias de Boston, esto es Pulsar, un podcast donde respondemos a las preguntas de nuestra audiencia. Soy su presentador, Eric. Recientemente, recibimos una pregunta de Christa, quien preguntó sobre las increíbles habilidades de los ajolotes. Pensamos, ¿por qué no dedicar un episodio a estos singulares animales y pedirle a una científica que ha estudiado sus superpoderes que nos cuente todo sobre ellos?

Mi invitada el día de hoy es la Dra. Fallon Durant, una colega que tiene un postgrado en células madre y biología regenerativa del laboratorio Whited Lab de la Universidad de Harvard. Dra. Durant, gracias por acompañarnos en Pulsar el día de hoy.

FALLON: Muchas gracias por invitarme. Estoy encantada de estar aquí.

ERIC: Comencemos por el principio. Dinos qué es un ajolote.

FALLON: Encantada. Un ajolote es una especie de salamandra. Y las salamandras son una especie de anfibio. Su ciclo de vida es muy similar al de otros anfibios, como las ranas. Las salamandras ponen sus huevos en el agua y cuando nacen no tienen piernas.

Así que al principio parecen renacuajos. La mayoría de las salamandras pasan por un proceso llamado metamorfosis, que es simplemente un término sofisticado para referirse a la transformación de un cuerpo en uno totalmente diferente. Puede que hayas oído hablar de esto cuando aprendías cómo se transforman los renacuajos en ranas, o cuando las orugas se transforman en mariposas.

Las salamandras pasan por un proceso bastante similar y pasan por cambios radicales cuando se vuelven adultas, para pasar de ser un animal que vive en el agua a uno que vive en la tierra. Pero los ajolotes son un tipo muy especial de salamandra, son lo que llamamos neoténicos, lo que significa que se mantienen en su estado larval o su estado inicial por el resto de sus vidas.

Así que viven en el agua toda su vida. Les crecen piernas y, de hecho, crecen bastante. En promedio, crecen cerca de 30 centímetros, pero mantienen su aleta dorsal y sus branquias externas. Probablemente hayas visto saliendo de su cabeza, estas estructuras en forma de flecos, y siguen siendo excelentes nadadores y respiradores subacuáticos.

ERIC: Y, ¿dónde viven? ¿Tenemos ajolotes cerca?

FALLON: En ningún lugar cercano a menos que estén en un laboratorio o en la casa de alguien como mascota. Naturalmente se encuentran en México. Una vez vivieron en dos lagos separados allí. Y desafortunadamente, uno de esos lagos fue drenado debido al control de inundaciones.

Y luego la urbanización también contribuyó a muchos problemas, incluyendo la introducción de ciertas especies de peces como la tilapia y la carpa al lago que era su hábitat principal. Desafortunadamente, estas especies de peces devoran a los ajolotes jóvenes. Así que la combinación del control de inundaciones cambiando su hábitat lacustre a un sistema de canales que es muy parecido a un pantano, y el hecho de que sus crías están siendo devoradas por estos peces, ahora están en peligro de extinción.

ERIC: De lo que queremos hablar el día de hoy es sobre la increíble habilidad que tienen los ajolotes. ¿Qué los hace tan especiales? ¿Cuál es el superpoder de un ajolote?

FALLON: Yo diría que el superpoder de los ajolotes es que tienen una increíble habilidad para regenerarse. Pueden regenerar su brazos, sus piernas, sus colas, partes de su corazón y cerebro, y su médula espinal, lo cual es extraordinario, porque estas son cosas que los humanos no hacen tan bien.

Así que tenemos mucho de qué aprender de estos animales porque, naturalmente, pueden hacer esto por sí mismos desde que son muy jóvenes e incluso durante su adultez.

ERIC: ¿Cómo hace un ajolote para regenerar una extremidad?

FALLON: Es un proceso bastante genial. Lo primero que ocurre es que cuando un ajolote está herido, digamos que perdió una extremidad, por ejemplo, en este caso, lo que sucede es que primero habrá un coágulo de sangre y luego se formará una delgada capa de piel sobre la superficie de la herida.

Y en esta capa de piel, debajo de ella, durante los próximos días, un montón de células comenzarán a dividirse rápidamente. Una vez que se dividan rápidamente, comenzarán a formar un cono y todas las células que están dentro de este cono son lo que definimos como células blastema. Esta estructura en forma de cono se llama blastema, que es algo que no producimos los humanos cuando sufrimos heridas.

Y todas estas células comienzan a dividirse rápidamente hasta que las células comiencen a diferenciarse, lo que significa que comienzan a recuperar una identidad que perdieron, diciéndole a las células, voy a convertirme en una célula ósea, voy a convertirme en una célula muscular. Y todas se comunican entre ellas para comenzar a hacer una extremidad miniatura que eventualmente crecerá para ser una réplica exacta de la extremidad que se perdió.

No puedes distinguirlas.

ERIC: Así que termina siendo como nueva.

FALLON: Como nueva.

ERIC: ¿Nos podrías contar un poco sobre el laboratorio y la investigación que estás haciendo? ¿Qué estás tratando de aprender de estos animales y de sus increíbles habilidades?

FALLON: Primero que nada, se necesita un inmenso equipo de profesionales altamente capacitados para poder llevar a cabo exitosamente este tipo de investigación con los ajolotes.

Así que, obviamente, nuestra prioridad es asegurar que los animales estén seguros y sanos y felices viviendo en nuestro laboratorio. Y eso significa que tenemos que tener un personal de cuidado animal altamente capacitado que incluye veterinarios, científicos, profesionales no científicos y técnicos en cuidado animal, quienes dedican sus carreras para asegurar que nuestra investigación sea segura.

Y cualquier procedimiento médico al que sometan a los animales es realizado por un personal altamente capacitado, que debe ser aprobado primero por este enorme comité, para asegurar que los animales reciban los cuidados adecuados. Principalmente, lo que nuestro laboratorio busca comprender es cómo son capaces de lograr estos superpoderes desde un nivel molecular.

Y a lo que me refiero con eso, es que estoy tratando de comprender qué información de su ADN están usando los ajolotes para poder regenerar una extremidad, por ejemplo. Y los ajolotes también tienen otros superpoderes geniales aparte de la regeneración. Por ejemplo, no cicatrizan. No es algo que experimenten, lo cual es impresionante.

Es decir, los humanos, probablemente tenemos alrededor de 100 millones de pacientes al año que sufren fibrosis y cicatrización, lo que puede conducir a complicaciones significativas para muchas de estas personas. Y estos animales han resuelto ese problema por completo. Pueden hacerlo por sí mismos. No padecen esto en lo absoluto.

Si puedo comprender qué partes de su ADN están ayudándolos a prevenir la cicatrización naturalmente, podríamos desarrollar una terapia para humanos que prevenga la cicatrización o que trate las cicatrices que ya se han formado. Son muy resistentes a contraer cáncer. Así que también hay algunas grandes oportunidades de entender la forma cómo los ajolotes son capaces de inhibir el cáncer naturalmente para que podamos crear terapias para los pacientes con cáncer en el futuro también.

ERIC: Así que más allá de la simple curiosidad por este superpoder, estudiarlos podría beneficiar muchísimo la vida de las personas.

FALLON: Por supuesto. Creo que habrá algunos avances médicos sumamente relevantes que resultarán de esta investigación algún día. Y tomará mucho tiempo. Si pensamos en el caso de tratar de comprender cómo un humano puede regenerar una extremidad, eso requerirá del trabajo y el financiamiento para muchos laboratorios, de muchas personas inteligentes que se junten para poder determinar cómo funciona esto.

Y creo que será una inmensa labor que se logrará eventualmente, pero tomará mucho tiempo. Pero creo que para cosas como la cicatrización o el cáncer, creo que estamos muy cerca de esos descubrimientos. Creo que podremos obtener más conocimientos que necesitamos para beneficiar a la medicina, tan solo comprendiendo en qué consisten algunos de estos genes o piezas de información genética, para poder marcar la diferencia.

ERIC: Dra. Durant, muchas gracias por acompañarnos en Pulsar y contarnos todo sobre los ajolotes.

FALLON: Muchas gracias por invitarme. Estoy encantada de estar aquí y feliz de compartir con ustedes.

ERIC: Si nunca has visto un ajolote en persona, puedes verlo en el Salón de la Vida Humana en el Ala Verde del Museo de Ciencias.

Si deseas que uno de nuestros expertos o educadores del museo responda a una de tus preguntas, puedes enviarlas a sciencequestions@mos.org. Si te gustó este episodio de Pulsar, no olvides suscribirte en Apple Podcast o en Spotify, así como dejarnos una calificación o comentario.

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Eso es todo por este episodio de Pulsar. Nos vemos pronto.