Светящиеся водоросли раскрывают геометрию жизни

от

Исследователи впервые наглядно продемонстрировали скрытую архитектуру, которая помогает формировать простой многоклеточный организм, показав, как клетки взаимодействуют для создания сложных форм жизни.

В статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, группа британских и немецких учёных раскрыла структуру внеклеточного матрикса у Volvox carteri — вида зелёных водорослей, который часто используется для изучения эволюции многоклеточных организмов из 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. Он присутствует у животных, растений, грибов и водорослей и сыграл жизненно важную роль в переходе от одноклеточной к многоклеточной жизни.

Поскольку внеклеточный матрикс существует вне клеток, которые его производят, учёные считают, что он формируется путём самосборки — процесса, который до сих пор до конца не изучен даже у простейших организмов.

Чтобы исследовать этот процесс, исследователи из Университета Билефельда генетически модифицировали штамм Volvox, в котором ключевой белок внеклеточного матрикса, называемый ферофорин II, был сделан флуоресцентным, чтобы можно было чётко увидеть структуру матрикса под микроскопом.

Они увидели сложную пенистую сеть округлых отсеков, которые окружали каждую из примерно 2000 соматических (не репродуктивных) клеток Volvox.

Работая с математиками из Кембриджского университета, команда использовала машинное обучение для количественной оценки геометрии этих отсеков. Данные выявили стохастический (случайный) характер роста, который имеет сходство с тем, как пены расширяются при увлажнении.

Эти формы следовали статистической закономерности, которая также проявляется в таких материалах, как зёрна и эмульсии, а также в биологических тканях. Результаты показывают, что, хотя отдельные клетки производят белки внеклеточного матрикса с неравномерной скоростью, весь организм сохраняет правильную сферическую форму.

Такое сосуществование — между хаотичным поведением на уровне отдельных клеток и точной геометрией на уровне всего организма — поднимает новые вопросы о том, как многоклеточной жизни удаётся создавать надёжные формы из ненадёжных частей.

«Наши результаты предоставляют количественную информацию, относящуюся к фундаментальному вопросу биологии развития: как клетки создают внешние структуры надёжным и точным образом», — сказал профессор Рэймонд Э. Голдштейн из Кембриджского университета, который руководил исследованием. «Это также показывает, каких захватывающих результатов мы можем достичь, когда биологи, физики и математики совместно работают над разгадкой тайн жизни».

«Отслеживая один структурный белок, мы получили представление о принципах, лежащих в основе самоорганизации внеклеточного матрикса», — сказал профессор Армин Холлманн из Университета Билефельда, который также руководил исследованием. «Его геометрия даёт нам значимую информацию о том, как организм развивается по мере роста».

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте