Когда, где и как разворачивается этот процесс, веками оставалось загадкой из-за сложности изучения деления. Но теперь команда ученых Калифорнийского университета в Сан-Диего дает новое биомеханическое объяснение в Трудах Национальной академии наук (PNAS).
Известно, что планарий трудно изучать.
Они не любят, когда за ними наблюдают во время деления, которое в основном происходит в темноте и останавливается при малейшем возмущении. Поскольку деление происходит нечасто — примерно один раз в месяц для определенных видов — необходимы непрерывные видеозаписи, чтобы запечатлеть планарий в действии и изучить детали их регенерации.
Чтобы понять, где и как происходит деление у планарий Dugesia japonica, исследователи использовали сочетание покадровой видеозаписи, точных измерений силы тяги, статистического анализа сотен делений и математического моделирования.
Ева-Мария Коллинз, доцент кафедры физики и секции клеточной биологии и биологии развития, и ее коллеги смогли предсказать, где происходит деление планарии, на основе ее анатомии, а также объяснить, как этот процесс происходит, используя относительно простую механическую модель.
«До нашей работы никто не знал, где и как делятся планарии», — сказал Коллинз. "Фактически, последнее глубокое исследование деления привело к выводу, что место, где происходит деление, непредсказуемо. Наши результаты, показывающие, что это можно предсказать, полностью меняют наше представление о делении."
В более ранних исследованиях Коллинз и ее коллеги показали, что место деления планарии определяет относительный размер двух потомков и, следовательно, их шансы на выживание и будущее воспроизводство. Это также может быть ключом к пониманию того, как эта форма бесполого размножения может привести к разнообразию в популяции без полового размножения.
Как описано в исследовании PNAS, команда обнаружила, что деление всегда происходит в три стадии: формирование перетяжки, пульсация и разрыв.
Формирование талии является ключом к механике деления, поскольку создает локальное слабое место в поперечном сечении. Затем расширяющиеся и сжимающие импульсы в конечном итоге вызывают разрыв талии.
После разрыва две части восстанавливают недостающие структуры за счет большого пула стволовых клеток, которые являются центральными для способности планарий к регенерации. Как стволовые клетки распределяются между двумя потомками, остается неизвестным и является связующим звеном между результатами этого нового исследования и текущими исследованиями в лаборатории Коллинза по эволюции видов, размножающихся бесполым путем.
Майкл Фарадей, считающийся одним из величайших ученых мира благодаря его вкладу в физику и химию, как сообщается, был очарован делением планарий.
Сложные требования к изучению червей, возможно, помешали знаменитому физику 19 века полностью расшифровать процесс.
Коллинз сказала, что хотела понять, как происходит деление планарии, когда впервые увидела изображения этого процесса много лет назад.
«Иногда вы просто видите что-то в природе и хотите понять, как это работает», — сказала она, высоко оценив вклад первого автора Пола Малиновски и третьего автора Келсона Кая, которые во время исследования были студентами факультета физики Калифорнийского университета в Сан-Диего.