Назад к основам: ученые прошлого глубоко осветили наше понимание природы без использования суперкомпьютеров

Ткани, состоящие из разных типов клеток, могут быть результатом упорядоченного или детерминированного развития, беспорядочного или стохастического процесса роста, который трудно предсказать. Суть в том, что гипотетически существует пространство для существования и функционирования обеих систем одновременно, что позволяет предположить, что, по крайней мере, в природе существует какое-то избирательное давление в пользу стохастичности, чтобы предотвратить ненужную сложность и неэффективность.

Проф. Синклер сразу же отмечает, что ни один из этих типов роста не является универсальным предложением. На самом деле, есть очень очевидные примеры, в которых один или другой работает лучше, в зависимости от контекста.
Аналогия проф.

Синклер использует один из двух методов, чтобы собрать конструкцию Лего. "Вы можете представить, что кто-то пытается собрать замок, либо просматривая инструкции, либо просто глядя на коробку и пробуя разные конфигурации, пока они не будут выглядеть так, как на коробке. В этом случае мне любопытно узнать, когда инструкции могут быть менее предпочтительными, чем просто просмотр изображения. Результат или замок одинаковы для любого метода, но то, как вы его достигнете, может отличаться в зависимости от того, чего вы пытаетесь достичь или строите в этом случае."
Простое повторение небольшой группы клеток легко координируется и приводит к простым соотношениям типов клеток.

Пример, использованный профессором. Синклер — это пропорция клеток в соотношении 1: 3. Для такой системы потребовалось бы всего четыре ячейки, чтобы создать законченный базовый блок, который можно было бы многократно тиражировать. Такой процесс можно было бы считать детерминированным. Если целевое соотношение для смеси ячеек становится более сложным, а знаменатель дроби выше, детерминированной системе будет труднее добиться успеха; вот где стохастичность оказывается альтернативой.

Примером может служить ткань со смесью клеток в соотношении 10:33. Сделать это будет не так легко, поскольку общее количество ячеек, необходимых для создания базового блока, будет 43, а не только четыре.

Применение детерминированных подходов к более крупным и более сложным системам, подобным этой, становится потенциально недопустимым с точки зрения программирования развития или методов, с помощью которых клеточные системы организуют свой рост. В ситуациях, когда отношения становятся все более сложными или дроби имеют больший знаменатель, сочетание ячеек может быть легче достигнуто с помощью стохастических средств без базовых единиц.
Пример из реального мира, где используются как детерминированные, так и стохастические механизмы, можно увидеть в структуре сложного глаза дрозофилы, или плодовой мушки.

Здесь есть две разные части глаза, которые, если рассматривать их с рациональными числами от 0 до 1, показывают тенденции к детерминизму и стохастичности, которые проф. Синклер ссылается в своей гипотезе.

Фоторецепторных нейронов в каждом омматидии или небольшой единице сложного глаза всегда восемь. Но в то время как этот аспект структуры глаза может быть связан с детерминированным развитием, и фактический рост виден именно так, светочувствительные пигменты, которые проявляют единицы, являются более сложными.

Одна из восьми клеток может экспрессировать один из двух разных светочувствительных пигментов. Отношение одного из этих экспрессированных пигментов к другому составляет от 60% до 70%, диапазон фракций, который труднее выразить в виде простых рациональных чисел, из-за большего наименьшего общего знаменателя, чем другие измеримые отношения между клетками, которые составляют глаз. Это делает выбор светочувствительного пигмента более легко реализуемым через стохастическую систему, как выяснилось.
При этом проф.

Синклер хочет привлечь внимание к идее, что классическое научное мышление, которое пыталось объяснить сложные системы простыми средствами, по-прежнему актуально в науке. Он надеется, что его простой подход, который формулирует тенденцию к детерминизму или стохастичности, — это то, над чем ученые могут задуматься, размышляя о том, как лучше всего организовать будущие эксперименты в области биологии развития.

Портал обо всем