«Плавление» тканей определяет развитие эмбриона

Биологи обнаружили, что во время роста зародыша рыбки данио-рерио скопления клеток меняют динамику, что напоминает фазовый переход между твердым и жидким состояниями. Именно этот феномен отвечает за то, что эмбрион вытягивается в длину. Результаты изложены в журнале Nature. Клетки постоянно обмениваются сигналами, что позволяет им функционировать согласованно и образовывать единую ткань, а на стадии эмбриона также дает всем органам развиться правильно. Однако клетки также могут физически тянуть или толкать друг друга. Ученые уже показали, что лабораторные культуры могут вести себя подобно стеклу и претерпевать фазовый переход с более свободными движениями. Высказывались идеи, что подобные феномены могут влиять на патогенез некоторых заболеваний или распространение опухолей, но данных о живых организмах не было. В новой работе исследователи описывают, как они наблюдали подобный переход в эмбрионе позвоночного — стандартного для биологии модельного организма — рыбки данио-рерио. Авторы сравнивают такой процесс с формованием стекла или работой 3D-принтера. «Если коротко, то мы показали фундаментальный физический механизм, который клетки используют на этапе эмбриона для формирования тканей в функциональные трехмерные конфигурации», — говорит руководитель коллектива авторов Отгер Кампас из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (США). Открытие стало возможным благодаря тому, что эмбрион данио-рерио прозрачный, прогрессу в микроскопии и разработанной авторами методики, с помощью которой можно определить величину сил, действующих на клетки. Также ученые в ходе работы добавляли в среду обитания данио-рерио капли ферромагнитной жидкости, которая под действием магнитного поля создавала дополнительное давление в отдельных частях тела. В результате они смогли выяснить, что напряжения на уровне клеток меняются быстро, на масштабе минуты, благодаря чему клетки могут перестраиваться, а ткань на растущем конце эмбриона — «плавиться». «Превращение жидкости в твердое тело, которые мы наблюдали, называет в физике jamming-переход (от английского traffic jam — затор). Это общее явление, которое наблюдается в неупорядоченных системах, таких как пена, эмульсия или стекло, когда частицы сдавливают или охлаждают, — поясняет Кампас. — Данио-рерио, как и другие позвоночные, начинают жизнь с бесформенного сгустка клеток, который нужно преобразовать и вытянуть для того, чтобы придать телу форму. Физика этого процесса реорганизации оставалось загадкой. Мы показали, что клетки ведут себя подобно пене, которую сжималась в процессе развития для сохранения необходимой ткани архитектуры». Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.