Regeneration, in der Biologie, der Prozess, durch den einige Organismen verlorene oder amputierte Körperteile ersetzen oder wiederherstellen.
Organismen unterscheiden sich deutlich in ihrer Fähigkeit, Teile zu regenerieren. Manche lassen eine neue Struktur auf dem Stumpf der alten wachsen. Durch eine solche Regeneration können ganze Organismen wesentliche Teile von sich selbst dramatisch ersetzen, wenn sie in zwei Hälften geschnitten wurden, oder Organe oder Anhängsel wachsen lassen, die verloren gegangen sind. Nicht alle Lebewesen regenerieren jedoch Teile auf diese Weise. Der Stumpf einer amputierten Struktur kann einfach ersatzlos zuheilen. Diese Wundheilung ist selbst eine Art Regeneration auf der Organisationsebene des Gewebes: Eine Schnittfläche heilt zu, ein Knochenbruch vernetzt sich, und Zellen ersetzen sich bei Bedarf selbst.
Regeneration, als ein Aspekt des allgemeinen Wachstumsprozesses, ist eine primäre Eigenschaft aller lebenden Systeme. Ohne sie könnte es kein Leben geben, denn die Aufrechterhaltung eines Organismus hängt von dem unaufhörlichen Umsatz ab, durch den sich alle Gewebe und Organe ständig erneuern. In einigen Fällen werden von Zeit zu Zeit beträchtliche Mengen an Geweben ersetzt, wie bei der sukzessiven Produktion von Follikeln im Eierstock oder der Häutung und dem Austausch von Haaren und Federn. Häufiger findet der Umsatz auf zellulärer Ebene statt. In der Haut von Säugetieren kann es mehrere Wochen dauern, bis die in der Basalschicht produzierten Epidermiszellen die äußere Oberfläche erreichen und abgestreift werden. In der Darmschleimhaut kann die Lebensdauer einer einzelnen Epithelzelle nur wenige Tage betragen.
Die beweglichen, haarartigen Flimmerhärchen und Geißeln von Einzellern sind in der Lage, sich innerhalb von ein bis zwei Stunden nach einer Amputation zu regenerieren. Auch bei Nervenzellen, die sich nicht teilen können, fließt ununterbrochen Zytoplasma aus dem Zellkörper in die Nervenfasern selbst. Ständig werden neue Moleküle auf- und abgebaut, mit Umsatzzeiten, die im Falle einiger Enzyme in Minuten oder Stunden, im Falle von Muskelproteinen in mehreren Wochen gemessen werden. (Das einzige Molekül, das von diesem unaufhaltsamen Umsatz ausgenommen ist, ist offenbar die Desoxyribonukleinsäure, die letztlich alle Lebensprozesse steuert.)
Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen Regeneration und Generation. Die Methoden, mit denen sich Organismen selbst reproduzieren, haben viel mit regenerativen Prozessen gemeinsam. Vegetative Vermehrung, die häufig bei Pflanzen und gelegentlich bei niederen Tieren vorkommt, ist ein Prozess, bei dem ganze neue Organismen aus Teilen von Elternorganismen entstehen können; z. B. wenn sich eine neue Pflanze aus einem abgeschnittenen Teil einer anderen Pflanze entwickelt, oder wenn sich bestimmte Würmer durch Teilung vermehren, wobei jede Hälfte dann das wachsen lässt, was zurückgeblieben ist. Häufiger ist natürlich die geschlechtliche Fortpflanzung, die durch die Vereinigung von Ei und Spermium erfolgt. In diesem Fall entwickelt sich ein ganzer Organismus aus einer einzigen Zelle, dem befruchteten Ei oder der Zygote. Dieses bemerkenswerte Ereignis, das bei allen Organismen auftritt, die sich sexuell fortpflanzen, zeugt von der Universalität der Regenerationsprozesse. Im Laufe der Evolution hat sich das regenerative Potenzial nicht verändert, sondern nur die Organisationsebenen, auf denen es zum Ausdruck kommt. Wenn Regeneration eine adaptive Eigenschaft ist, würde man erwarten, dass sie häufiger bei Organismen vorkommt, die anscheinend den größten Bedarf an einer solchen Fähigkeit haben, entweder weil die Gefahr einer Verletzung groß ist oder der zu erzielende Nutzen groß ist. Die tatsächliche Verteilung der Regeneration unter Lebewesen scheint jedoch auf den ersten Blick eher zufällig zu sein. Es ist in der Tat schwer zu verstehen, warum einige Plattwürmer in der Lage sind, Köpfe und Schwänze nach jeder Amputation zu regenerieren, während andere Arten nur in eine Richtung regenerieren können oder überhaupt nicht regenerieren können. Warum können Blutegel nicht regenerieren, während ihre nahen Verwandten, die Regenwürmer, verlorene Teile so leicht ersetzen können? Bestimmte Insektenarten lassen regelmäßig fehlende Beine nachwachsen, aber vielen anderen fehlt diese Fähigkeit völlig. Praktisch alle modernen Knochenfische können amputierte Flossen regenerieren, aber die Knorpelfische (einschließlich der Haie und Rochen) sind dazu nicht in der Lage. Unter den Amphibien regenerieren Salamander regelmäßig ihre Beine, die für die Fortbewegung im Wasser nicht sehr nützlich sind, während Frösche und Kröten, die so viel mehr auf ihre Beine angewiesen sind, diese dennoch nicht ersetzen können. Wenn die natürliche Auslese nach dem Prinzip der Effizienz arbeitet, dann ist es schwierig, diese vielen Ungereimtheiten zu erklären.
Einige Fälle sind so eindeutig adaptiv, dass sich nicht nur Mechanismen zur Regeneration, sondern auch Mechanismen zur Selbstamputation entwickelt haben, als ob sie die Regenerationsfähigkeit ausnutzen wollten. Der Prozess des spontanen Verlustes eines Körperteils wird als Autotomie bezeichnet. Die Teilung eines Einzellers in zwei Zellen und die Teilung eines Wurms in zwei Hälften können als Fälle von Autotomie angesehen werden. Einige koloniale Meerestiere, die Hydroiden genannt werden, werfen ihre oberen Teile periodisch ab. Viele Insekten und Krebstiere werfen spontan ein Bein oder eine Klaue ab, wenn sie eingeklemmt oder verletzt sind. Eidechsen sind berühmt für ihre Fähigkeit, ihre Schwänze abzuwerfen. Selbst das Abwerfen des Geweihs von Hirschen kann als Beispiel für Autotomie eingestuft werden. In all diesen Fällen erfolgt die Autotomie an einer vorbestimmten Bruchstelle. Es scheint, dass die Natur überall dort, wo sie einen Teil freiwillig verliert, die Möglichkeit zum Ersatz bietet.
Manchmal, wenn ein Teil eines bestimmten Gewebes oder Organs entfernt wird, wird kein Versuch unternommen, die verlorenen Strukturen zu regenerieren. Stattdessen wächst das, was zurückbleibt, weiter. Wie die Regeneration kann auch dieses Phänomen – die sogenannte kompensatorische Hypertrophie – nur stattfinden, wenn ein Teil der ursprünglichen Struktur übrig bleibt, um auf den Verlust zu reagieren. Wenn beispielsweise drei Viertel der menschlichen Leber entfernt werden, vergrößert sich der verbleibende Teil zu einer Masse, die dem ursprünglichen Organ entspricht. Die fehlenden Lappen der Leber werden nicht selbst ersetzt, sondern die verbleibenden wachsen so groß wie nötig, um die ursprüngliche Funktion des Organs wiederherzustellen. Andere Säugetierorgane zeigen ähnliche Reaktionen. Die Niere, die Bauchspeicheldrüse, die Schilddrüse, die Nebennieren, die Keimdrüsen und die Lunge kompensieren in unterschiedlichem Ausmaß Masseverluste durch Vergrößerung der verbleibenden Teile.
Es ist nicht zwangsläufig notwendig, dass das regenerierende Gewebe aus einem Rest des ursprünglichen Gewebes entsteht. Durch einen Prozess, der Metaplasie genannt wird, kann ein Gewebe in ein anderes umgewandelt werden. Im Fall der Linsenregeneration bei bestimmten Amphibien entwickelt sich als Reaktion auf den Verlust der ursprünglichen Linse des Auges eine neue Linse aus den Geweben am Rand der Iris am oberen Rand der Pupille. Diese Zellen der Iris, die normalerweise Pigmentkörnchen enthalten, verlieren ihre Farbe, vermehren sich schnell und sammeln sich zu einer kugelförmigen Masse, die sich zu einer neuen Linse differenziert.