Клетки губок строят скелет по принципу "столбы и балки"

Исследователи, опубликовавшие статью в журнале Current Biology (Cell Press) 17 сентября, обнаружили, что губки строят свои скелеты совершенно иначе, чем другие животные. Процесс строительства больше похож на возведение рукотворных зданий, только без архитектурных планов.

"Мы были удивлены, обнаружив, что спикулы динамично перемещаются, а затем фиксируются; это нас очень заинтриговало", — говорит Норико Фунаяма из Университета Киото (Япония).

Игольчатые спикулы из диоксида кремния давно известны как структурные элементы, поддерживающие тела губок. Хотя скелеты губок имеют явное сходство с архитектурными сооружениями, до сих пор было неизвестно, как они формируются в процессе развития.

Фунаяма и её коллеги сняли видео развития пресноводной демоспонгии Ephydatia fluviatilis, которое раскрывает, как спикулы производятся, транспортируются и собираются "клетками-исполнителями" для поддержки тела губки и его роста.

1. Сначала спикулы производятся одним типом клеток-производителей.
2. Затем клетки-транспортировщики переносят зрелые спикулы, пока те не проткнут наружную поверхность животного.
3. В этот момент пронзённая спикула поднимается, а её основание фиксируется на месте матрицами коллагена, формируя базовую структуру типа "столб и балка".

Таким образом, существует разделение труда между различными типами клеток внутри губки, которые производят самоорганизующиеся биологические структуры через цепочку простых реакций. По словам исследователей, это открытие раскрывает принципиально новый механизм формирования трёхмерной формы тела у животных.

"Насколько нам известно, это первое сообщение о коллективном поведении отдельных клеток, строящих самоорганизующуюся биологическую структуру с использованием внеклеточных материалов — аналогично, например, хорошо известному коллективному поведению отдельных термитов, строящих термитники", — говорит Фунаяма.

Исследователи планируют изучить формирование скелета у других видов губок. Как говорят учёные, необычные скелетные образования губок и их новый способ строительства могут вдохновить на открытия в неожиданных областях.

"Эта работа не только проливает новый свет на формирование скелета у животных, но также может стимулировать междисциплинарные исследования в таких областях, как теоретическая биология, биоинженерия, робототехника и архитектурное проектирование, использующие механизмы самостроящихся архитектур, которые самонастраиваются под окружающую среду, включая удалённые среды, такие как глубоководье или космос", — пишут исследователи.