Turing patterns explain shark scale development — ABC Chemicals

Зубоподобные чешуйки на коже акулы демонстрируют признаки диффузионных молекулярных структур, таких как человеческие волосы и куриные перья

Знак, сделанный на формах жизни Земли химическими структурами, описанными компьютерным пионером Аланом Тьюрингом, настолько глубокий, что его даже можно увидеть в странных зубоподобных чешуях акул. Гарет Фрейзер из Университета Флориды в Гейнсвилле, США, и его команда показали, что белки, которые контролируют форму перьев у куриных эмбрионов, могут также позиционировать структуры, известные как «зубчики», которые составляют кожу акулы. Их данные свидетельствуют о том, что такие придатки позвоночных и даже волосы человека «имеют общую программу развития», говорит Фрейзер. Мир химии.

Turing patterns explain shark scale development - ABC Chemicals

Реакционно-диффузионная модель Тьюринга описывает, как «морфогенные» вещества двух типов могут диффундировать и взаимодействовать. Активаторы включают производство обоих типов морфогенов, но имеют этот эффект только на коротком расстоянии. Ингибиторы отключают активаторы и оказывают этот эффект на более дальнем расстоянии. При правильных условиях они образуют стабильные структуры с областями, содержащими высокие концентрации только одного морфогена. Эти регулярные структуры могут формировать биоматериалы и промежутки между ними, потенциально объясняя, например, как мы получаем пальцы.

Группа Фрейзера изучала зубчики, которые сделаны из того же материала, что и зубы акулы, но имеют форму на их коже, но не знали, как они появились. После того, как математическое моделирование предложило систему, подобную Тьюрингу, они исследовали, какие белки могут быть вовлечены. Они рассмотрели белок, известный как фактор роста фибробластов 4 (FGF4), активатор в развитии перьев птиц. Это включало хирургическое внедрение шариков, несущих низкомолекулярный ингибитор FGF4 в эмбрионах акул.

Команда собрала эмбрионы в Северном Уэльсе, Фрейзер работал в университете Шеффилда перед его недавним переездом во Флориду. «Акулы развиваются внутри яичного контейнера, обычно известного как кошелек русалки», — говорит исследователь PhD Рори Купер. Через пару месяцев ящик для яйца естественным образом открывается, что позволяет ученым экспериментировать на эмбрионах, имплантируя шарики.

Turing patterns explain shark scale development - ABC Chemicals

Ингибирование FGF4 подавляло транскрипцию двух других белков, активатора Sonic hedgehog (SHH) и ингибитора костного морфогенного белка 4 (BMP4). Нарушение этих отношений приводит к задержке роста зубца и разрывам в рядах зубца на спине эмбрионов.

«Слабость системы Тьюринга такая же, как и ее сила — она может имитировать так много различных естественных закономерностей, что для того, чтобы быть более полезной, ее необходимо ограничивать экспериментальными наблюдениями», — комментирует Денис Хедон из Института Рослина в Эдинбурге, Великобритания. Тем не менее, он добавляет, что в этом исследовании ученые «обеспечивают основу для дальнейшего углубления в контекст таких систем в родословной позвоночных, которой до настоящего времени уделялось мало внимания».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *