Механични напрежения в ембриони на мухи: Ключ към еволюцията?

Механични напрежения в ембриони на мухи: Ключ към еволюцията?

Изследователски екипи от университета в Хоенхайм и центъра RIKEN в Япония са провели цялостно проучване на механичния стрес в ембрионите на мухи. Тези напрежения възникват по време на ембрионалното развитие, когато клетките и тъканите се сблъскват. Те могат да имат сериозно въздействие върху развитието на животните. В това проучване са наблюдавани две различни стратегии за контролиране на тези напрежения, произведени в различни видове мухи.

Централен фокус на изследването е гаструлацията, решаващ етап от развитието, при който сложните тъкани се образуват от прости клетъчни слоеве. Механичният стрес може да причини фатални деформации и малформации, които застрашават морфогенезата. По-специално при плодовите мухи (Drosophila melanogaster) беше установено, че временната бразда на главата функционира като механичен събирателен басейн. Ако формирането на тази структура е неправилно, възникват сериозни малформации в главата и нервната система.

Различни стратегии за справяне с напрежението

За разлика от тях, други видове мухи, като Chironomus riparius, са разработили различна стратегия: техните клетки се делят наклонено или вертикално, като по този начин намаляват натиска върху тъканната структура. Експериментални промени в ориентацията на клетъчните деления могат да осигурят нормално ембрионално развитие. Тези резултати бяха независимо потвърдени от работна група в Института Макс Планк в Дрезден и показват, че еволюцията е създала различни решения на проблема с механичния стрес.

Значението на механичните напрежения може да бъде широкообхватно. Те могат да играят ключова роля в появата на нови планове на тялото по време на еволюцията. Резултатите от изследването са публикувани в известното списание Nature и предоставят дълбока представа за биофизичните механизми, действащи в ембрионалното развитие.

Гаструлация и морфогенеза

Гаструлацията, морфогенетичен процес, води до пространствената организация на бластомерите в трите зародишни слоя (ектодерма, мезодерма, ендодерма). Този процес се характеризира с вътрешно преструктуриране на определени клетки от външния слой, което се постига чрез промени във формата на клетката, особено апикална контракция. При Drosophila инвагинацията на мезодермата и ендодермата се случва като колективни тъканни единици, а не като отделни клетки.

Ключ към разбирането на тези процеси е ролята на специфични сигнални компоненти като морфогена Spätzle, който установява градиент в транскрипционната активност. Това води до експресия на сгъната гаструлация и Т48. Тези фактори са от решаващо значение за промените на апикалната форма, необходими за гаструлацията. Актините и миозин 2 са основните протеини, които контролират контрактилните свойства на клетките, като по този начин насърчават функцията за скулптуриране на тъканите.

Друго интересно откритие е, че механичната обратна връзка влияе върху формата и поведението на клетката по време на гаструлацията. Това се случва чрез напрежение, контролиращо организацията и контрактилната сила на миозин 2. Такава динамика е от решаващо значение за поддържане целостта на тъканите и насърчаване на координирани морфогенетични движения.