Группа учёных из Института неврологии (IN), совместного центра Испанского национального исследовательского совета (CSIC) и Университета Мигеля Гернеса (UMH) в Эльче, выяснила, как формируется хальтера — структура, необходимая для полёта мух. Этот небольшой орган, расположенный за основными крыльями, функционирует как биологический гироскоп, помогающий насекомому сохранять устойчивость в воздухе.
Исследование, [опубликованное](https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(25)00656-6) в журнале Current Biology, проводилось под руководством исследователя Хосе Карлоса Пастора Парехи, заведующего лабораторией архитектуры клеток в нервной системе в IN.
Основные выводы исследования
Работа показывает, что, вопреки предыдущим предположениям, хальтера не является полой структурой. Вместо этого её две поверхности внутренне соединены сложной клеточной системой, которая стабилизирует её округлую форму.
«Эта структура — система стабилизации, напоминающая архитектурные опоры: без этих внутренних соединений хальтера удлиняется и теряет форму, как палатка без растяжек», — объясняет Пастор Пареха.
Во время процесса, известного как метаморфоз — от личинки к взрослой особи — крылья и хальтеры развиваются из тонкого слоя клеток. В случае хальтеры команда обнаружила, что внеклеточный матрикс, богатый коллагеном, который разделяет её две поверхности, сначала разрушается.
Эта деградация позволяет сформировать клеточные выступы, которые соединяют обе поверхности через матрицу, содержащую другой белок — ламинин, образуя внутренний каркас. Эти соединения действуют как биологические тензоры, которые противостоят силам, которые в противном случае деформировали бы орган. Когда эта система даёт сбой, как это видно на моделях генетически модифицированных плодовых мух (Drosophila melanogaster), созданных командой, хальтера теряет свою округлую форму, что является ключевым для её функции.
Исследование также показывает, что хальтера находится под постоянным напряжением: одна сила тянет её за основание, а другая закрепляет её за внешнюю кутикулу насекомого. Именно эта внутренняя тензорная система уравновешивает обе силы для поддержания геометрии хальтеры.
Для наблюдения этих эффектов команда использовала передовую электронную микроскопию и методы визуализации в реальном времени во время метаморфоза мух.
«Мы наблюдали серию клеточных выступов, которые стабилизируют округлую форму хальтеры, противодействуя силам, которые в противном случае деформировали бы её», — говорит Пастор Пареха, добавляя: «Когда мы удалили эту поддерживающую структуру в мутантных моделях, орган потерял свою функциональную геометрию».
Использование мутантных моделей и анализ внеклеточного матрикса стали ключом к раскрытию этого механизма, который сочетает в себе деградацию коллагена, клеточную адгезию и внутренние тензоры, укрепляющие структуру изнутри.
Значение исследования
Результаты выходят за рамки конкретного случая плодовой мухи, предлагая общее представление о том, как органы приобретают свою форму у животных, что является фундаментальным вопросом в биологии развития. Кроме того, они могут вдохновить на новые подходы к таким проблемам, как тканевая инженерия или проектирование биомиметических структур.
Исследование проводилось в сотрудничестве с исследователями Ю Чжао Сун и Тяньхуэй Сунь из Университета Цинхуа (Китай); Паломой Мартин и Эрнесто Санчесом Эрреро из Центра молекулярной биологии Серо Очоа (CBMSO-CSIC-UAM); и Хорхе Фернандесом Эрреро из Университета Аликанте.
Предоставлено Университетом Мигеля Гернеса в Эльче.