Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
11 декабря 2017, понедельник, 05:10
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

РЕГИОНЫ

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

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM iPhone MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi Адыгея Александр Лавров альтернативная энергетика Анастасия Волочкова «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Байконур бактерии бедность библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса британское кино Византия визуальная антропология викинги вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление грибы грипп дельфины демография дети динозавры Дмитрий Страшнов ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение змеи зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психоанализ психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы сердце сериалы Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология финансовый рынок фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа школьные олимпиады эволюция эволюция человека экология эмбриональное развитие эпидемии этика этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 495 980 1894.
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. 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, 1998–2014.