Mekaniske spændinger i flueembryoner: En nøgle til evolution?

Mekaniske spændinger i flueembryoner: En nøgle til evolution?

Forskerhold fra University of Hohenheim og RIKEN Center i Japan har gennemført en omfattende undersøgelse af mekanisk stress i flueembryoner. Disse spændinger opstår under embryonal udvikling, når celler og væv kolliderer. De kan have alvorlige konsekvenser for dyrenes udvikling. I denne undersøgelse blev to forskellige strategier til at kontrollere disse spændinger produceret i forskellige fluearter observeret.

Et centralt fokus i forskningen er gastrulation, et afgørende udviklingstrin, hvor komplekse væv dannes af simple cellelag. Mekanisk stress kan forårsage dødelige deformationer og misdannelser, der bringer morfogenesen i fare. Især hos frugtfluer (Drosophila melanogaster) fandt man ud af, at en midlertidig hovedfure fungerer som et mekanisk opsamlingsbassin. Hvis dannelsen af ​​denne struktur er forkert, opstår alvorlige misdannelser i hovedet og nervesystemet.

Forskellige strategier til at håndtere spændinger

I modsætning hertil har andre arter af fluer, såsom Chironomus riparius, udviklet en anden strategi: deres celler deler sig skråt eller lodret, hvorved trykket på vævsstrukturen reduceres. Eksperimentelle ændringer i orienteringen af ​​celledelinger kan sikre normal embryonal udvikling. Disse resultater blev uafhængigt bekræftet af en arbejdsgruppe ved Max Planck Instituttet i Dresden og viser, at evolutionen har frembragt forskellige løsninger på problemet med mekanisk belastning.

Betydningen af ​​mekaniske spændinger kan være vidtrækkende. De kan spille en nøglerolle i fremkomsten af ​​nye kropsplaner under evolutionen. Forskningsresultaterne blev offentliggjort i det anerkendte tidsskrift Nature og giver dyb indsigt i de biofysiske mekanismer, der virker i embryonal udvikling.

Gastrulation og morfogenese

Gastrulation, en morfogenetisk proces, medfører den rumlige organisering af blastomerer i de tre kimlag (ectoderm, mesoderm, endoderm). Denne proces er karakteriseret ved den indre omstrukturering af visse celler fra det ydre lag, hvilket opnås gennem ændringer i celleform, især apikale kontraktion. I Drosophila forekommer invagination af mesoderm og endoderm som kollektive vævsenheder, ikke som individuelle celler.

En nøgle til at forstå disse processer er rollen af ​​specifikke signalkomponenter såsom morfogenet Spätzle, som etablerer en gradient i transkriptionel aktivitet. Dette fører til udtryk for foldet gastrulation og T48. Disse faktorer er afgørende for de apikale formændringer, der kræves til gastrulation. Aktiner og myosin 2 er de primære proteiner, der kontrollerer cellernes kontraktile egenskaber, og derved fremmer vævsskulpturens funktion.

En anden interessant opdagelse er, at mekanisk feedback påvirker celleform og adfærd under gastrulation. Dette sker ved, at spændinger kontrollerer organiseringen og kontraktilkraften af ​​myosin 2. En sådan dynamik er afgørende for at opretholde vævsintegritet og fremme koordinerede morfogenetiske bevægelser.