Эмбриональное развитие начинается с оплодотворения одной единственной яйцеклетки, которая затем начинает непрерывно делиться, превращаясь из хаотичного кластера клеток в высокоорганизованную структуру.
Международная группа учёных, в которую входят исследователи из Института науки и технологий Австрии (ISTA), представила новые данные, подчеркивающие важность как хаоса, так и порядка в этом процессе. Их работа была опубликована в журнале Science.
Научная работа — это не только анализ данных и работа в лаборатории. Иногда самые важные идеи рождаются в неформальной обстановке, как это произошло с исследователями Бернатом Короминас-Муртрой и Эдуардом Ханнезо.
Во время встречи с коллегами в Испании они обсудили новый набор данных, представленный Дмитрием Фабрежем, и это обсуждение привело к открытию, опубликованному в Science.
Исследователи создали всеобъемлющий атлас раннего морфогенеза млекопитающих, показывающий, как эмбрионы мышей, кроликов и обезьян развиваются во времени и пространстве.
Оказалось, что деление клеток на первых стадиях развития происходит хаотично, но уже на стадии восьми клеток эмбрионы начинают выглядеть практически одинаково. Учёные предложили физическую модель, которая объясняет, как эмбрионы переходят от хаоса к порядку.
Развитие эмбриона начинается с оплодотворения, что запускает серию клеточных делений. Одна клетка превращается в две, затем в четыре, и так далее. В конечном итоге формируется организованная структура — бластоциста, из которой развиваются все органы и ткани будущего организма.
Эдуард Ханнезо объясняет, что этот процесс является критическим для дальнейшего развития. Хотя у некоторых животных, таких как круглые черви C. elegans, деление клеток происходит строго упорядоченно, у млекопитающих оно более хаотично. Это поднимает вопрос: как эмбрионы млекопитающих, несмотря на этот хаос, развиваются так стабильно?
Группа исследователей создала "морфокарту", которая визуализирует процесс развития эмбриона. Это позволило учёным наблюдать, как клетки ведут себя в разных видах млекопитающих и как они приходят к одинаковой структуре, несмотря на различия в первых стадиях развития.
Клетки начинают свое развитие хаотично, но к стадии восьми клеток они приходят к единому "шаблону". Это стало ключевым открытием, которое побудило учёных разработать модель, объясняющую, как клетки организуются в структуру.
Оказалось, что клетки "оптимизируют" своё расположение, упрощая взаимодействия между собой и формируя определённую структуру — словно собирая биологический "кубик Рубика".
Исследование показало, что случайность и хаос на ранних этапах развития играют важную роль в формировании эмбриона. Без хаоса не было бы порядка. Эта новая модель морфогенеза не только помогает лучше понять нормальные процессы развития, но и открывает возможности для применения этих знаний в медицине — например, в исследованиях заболеваний, регенеративной медицине и лечении бесплодия.