16 февраля 2020, воскресенье, 22:01
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

21 февраля 2017, 11:09

Российские ученые объяснили неравномерную окраску пятнистых животных

Сотрудники Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН совместно с коллегами из НИИ физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского МГУ и ФИАН предложили новый механизм самоорганизации динамических пространственных структур в эмбриогенезе, сообщается в пресс-релизе ИБХ РАН.

С помощью математического моделирования авторы показали, что такая самоорганизация может происходить благодаря существенной разнице в скоростях взаимного проникновения (диффузии) белков-морфогенов, которое возникает из-за разного связывания биологически активных веществ (морфогенов) на внеклеточном веществе. Опубликованные в журнале PLOS ONE результаты работы создают предпосылки для развития других моделей, описывающих возникновение многообразия форм на ранних стадиях развития организма. Исследования поддержаны Российским научным фондом.

​На ранних стадиях развития органы эмбриона состоят из множества одинаковых клеток, которые затем становятся сложными пространственными структурами и их размеры намного превышают размеры самих клеток. Каким образом это происходит? Считается, что подобные структуры формируются в результате динамической самоорганизации, в которой важную роль играют белки-морфогены, выделяемые клетками и распространяющиеся на большие расстояния. Одно из необходимых условий самоорганизации – нахождение системы вдали от состояния  равновесия, то есть в условиях сильной диссипации (рассеяния) энергии. Поэтому подобные структуры, образующиеся в ходе самоорганизации, часто называют «диссипативными».

 «Усложнение эмбриона можно упрощенно свести к его закономерному подразделению на территории, состоящие из по-разному дифференцированных клеток, то есть тех, которые обладают разными функциями, играют разные роли в организме. Во многих случаях инструкции к такой упорядоченной в пространстве дифференцировке клетки тканей зародыша получают благодаря образованию диссипативных структур. Они, как правило, выглядят как градиенты концентраций белков-морфогенов. В результате клетки эмбриона, расположенные на разных расстояниях вдоль такого градиента, подвергаются воздействию  разных  концентраций морфогена, например, гормонов и, таким образом, получают сигналы к дифференцировке в разных направлениях», – рассказывает Андрей Зарайский, руководитель лаборатории молекулярных основ эмбриогенеза ИБХ РАН.

Илл.:  Снежана Мажекенова/ИБХ РАН

Известно, что сложные структуры возникают, когда есть как минимум два диффундирующих и нелинейно взаимодействующих морфогена с резко различающимися  коэффициентами диффузии, то есть скоростью проникновения одного вещества в другое. Однако реальные белки-морфогены имеют близкие размеры и примерно одинаковую подвижность в водном растворе.

«За счет чего достигается необходимая для самоорганизации диссипативных структур разница между скоростями диффузии морфогенов? Этот вопрос долгое время оставался открытым, – рассказывает Алексей Нестеренко, первый автор работы, сотрудник лаборатории молекулярных основ эмбриогенеза ИБХ РАН и Института физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ. – Ранее мы показали, что в процессе диффузии в межклеточном пространстве разные морфогены могут с разной силой связываться с протеогликанами, особыми белками внеклеточного матрикса (вещества)».

Исследователи предположили, что именно эта разница в неспецифическом связывании морфогенов может обеспечивать значительную разницу в их скоростях диффузии.

«С помощью математической модели мы продемонстрировали, что в системе из двух одинаково подвижных морфогенов добавление условия адсорбции одного из них на внеклеточном матриксе  действительно дает возможность получать пространственные структуры по механизму динамической самоорганизации», – рассказывает Максим Кузнецов, один из авторов работы, сотрудник Физического института им. П. Н. Лебедева.

Фото: Mario Rubio García/Flickr

Применение новой модели авторы рассмотрели на различных примерах, в том числе на окраске сомика-кукушки. «Эта рыба из семейства перистоусых окрашена в желтый цвет с многочисленными черными пятнами, которые разбросаны по всему телу. Разработанная нами модель хорошо объясняет формирование и закономерное уменьшение пятен его окраски по направлению от хвоста к голове», – говорит Дарья Короткова, один из авторов, студентка МГУ, выполняющая дипломную работу в Лаборатории молекулярных основ эмбриогенеза.

Разработанный подход создает предпосылки для развития математических моделей всё более разнообразных морфологических форм в эмбриогенезе. Сейчас исследователи работают над его дальнейшим экспериментальным подтверждением.

Обсудите в соцсетях

«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера вакцинация викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос культура культурология лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса вымирающие виды глобальное потепление грипп защита растений инвазивные виды информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2020.