|
Светящиеся водоросли раскрывают геометрию жизни
|
|
|
|
Исследователи впервые получили четкое представление о скрытой архитектуре, которая помогает формировать простой многоклеточный организм, показывая, как клетки работают вместе, создавая сложные формы жизни.
|
|
|
|
В исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, группа британских и немецких ученых раскрыла структуру внеклеточного матрикса у Volvox carteri, вида зеленых водорослей, который часто используется для изучения того, как многоклеточные организмы эволюционировали от одноклеточных предков.
|
|
|
|
Внеклеточный матрикс (ECM) - это материал, похожий на каркас, который окружает клетки, обеспечивая физическую поддержку, влияя на форму и играя важную роль в развитии и передаче сигналов. Обнаруженный у животных, растений, грибов и водорослей, он также сыграл важную роль в переходе от одноклеточной жизни к многоклеточной.
|
|
|
|
Поскольку ECM существует вне клеток, которые его производят, ученые полагают, что он образуется в результате самосборки - процесса, который до сих пор до конца не изучен даже у простейших организмов.
|
|
|
|
Для исследования исследователи из Университета Билефельда генетически сконструировали штамм Volvox, в котором ключевой белок ECM под названием ферофорин II стал флуоресцентным, чтобы структуру матрикса можно было четко увидеть под микроскопом.
|
|
|
|
|
|
|
То, что они увидели, было сложной пенообразной сетью округлых ячеек, которая окружала каждую из примерно 2000 соматических, или нерепродуктивных, клеток Вольвокса.
|
|
|
|
Работая с математиками из Кембриджского университета, команда использовала машинное обучение для количественной оценки геометрии этих ячеек. Полученные данные выявили стохастический характер роста, который схож с тем, как пенопласт расширяется при гидратации.
|
|
|
|
Эти формы соответствовали статистической закономерности, которая также проявляется в таких материалах, как зерна и эмульсии, а также в биологических тканях. Полученные данные свидетельствуют о том, что, хотя отдельные клетки вырабатывают белки ECM неравномерно, организм в целом сохраняет правильную сферическую форму.
|
|
|
|
Такое сосуществование — между шумным поведением на уровне отдельных клеток и точной геометрией на уровне всего организма — поднимает новые вопросы о том, как многоклеточной жизни удается создавать надежные формы из ненадежных частей.
|
|
|
|
"Наши результаты предоставляют количественную информацию, относящуюся к фундаментальному вопросу биологии развития: как клетки создают внешние по отношению к себе структуры надежным и точным образом", - сказал профессор Рэймонд Э. Голдстайн с факультета прикладной математики и теоретической физики Кембриджа, который был одним из руководителей исследования. - Это также показывает, каких захватывающих результатов мы можем достичь, когда биологи, физики и математики работают вместе над пониманием тайн жизни".
|
|
|
|
"Отслеживая один структурный белок, мы получили представление о принципах, лежащих в основе самоорганизации внеклеточного матрикса", - сказал профессор Армин Халлманн (Armin Hallmann) из Университета Билефельда, который был одним из руководителей исследования. "Его геометрия дает нам представление о том, как развивается организм по мере его роста".
|
|
|
|
Источник
|
