Дивовижна різноманітність форм тварин пояснюється не лише генами, а й механічними властивостями тканин. Вчені з Єнського та Гейдельберзького університетів показали, як сили всередині клітин визначають зовнішній вигляд медуз, коралів та актиній.
Новий погляд на морфогенез
Раніше дослідження морфології концентрувалися на генетиці. Геноми дійсно визначають розвиток, але вони не пояснюють, як тканини складаються, тягнуться та змінюють форму. Цей процес, відомий як морфогенез, вивчає команда Айсама Ікмі з EMBL Гейдельберга.
«Генетика показує відмінності між видами, але не передбачає кінцеву форму організму. Нам потрібно зрозуміти, як клітини разом створюють механічні сили», — пояснює Ікмі.
Механіка форм: роль сил у тканинах
У співпраці з Гійомом Сальбрю, спеціалістом з теоретичної фізики з Університету Женеви, дослідники підійшли до морфології з точки зору механобіології. Вони вивчали, як взаємодія клітин у тканинах створює напруження, що визначає форму тіла.
Для експериментів обрали представників стебельчастих (книдарії): медуз, коралів та морських анемон. Виявлено три ключові фізичні параметри тканин, що визначають два головні аспекти форми: подовження тіла та полярність (асиметрію між частинами тіла).
Моделювання та експерименти
Змінивши параметри у комп’ютерній моделі, вчені змогли передбачити форми різних видів. Кожна комбінація параметрів формує «морфотип» — унікальний набір фізичних характеристик для виду.
Дослідники підтвердили модель на морській анемоні Nematostella. Генетичні зміни тканинних параметрів дозволили перетворювати подовжені личинки на більш сферичні форми.
«Це дозволяє зрозуміти, як фізичні властивості виду визначають його форму», — додає Ніколя Куні, співавтор дослідження.
Висновки та перспективи
Комбінація біології, фізики та математики дозволяє по-новому оцінити еволюцію форм. Механотипи виступають фізичним мостом між генами та зовнішнім виглядом живих істот, відкриваючи нові шляхи для досліджень у морфології та еволюційній біології.
Цікавий факт
Дослідники відзначають, що деякі механічні параметри тканин у медуз настільки гнучкі, що одне й те ж генетичне ядро може формувати абсолютно різні форми тіла — від сферичних до довгих «човноподібних» медуз у залежності від внутрішніх сил. Це пояснює, чому у книдаріїв така видова різноманітність при простій будові.
