Модель землетрясения объясняет регенеративные способности гидры

Настоящие гидры, род крошечных цилиндрических животных, обладают впечатляющей способностью к регенерации. Если отрезать голову и ногу гидры, от животного останется лишь сферическая масса клеток из средней части тела. Однако за несколько дней гидра сформирует новую голову, щупальца и ногу из этой группы стволовых клеток и вернёт свою трубчатую форму.

Эта живучесть привлекает как биологов, так и физиков. Группа итальянских исследователей под руководством физика Андреа Гамбы из Туринского политехнического университета использовала компьютерную модель, изначально применявшуюся для изучения землетрясений, чтобы понять механизм регенерации.

Как работает модель

В модели землетрясения энергия накапливается под поверхностью Земли до достижения порога, после чего высвобождается в окружающие области. Аналогично, модель Гамбы описывает, как клетки гидры распространяют сигнал гена ks1.

«У вас есть несколько клеток, которые общаются друг с другом всплесками активности», — пояснил Гамба. — «Каждая клетка производит сигнал и передаёт его соседям, как только достигается определённый порог».

Модель показывает: когда клетки достигают индивидуального порога промоторного фактора гена, они передают сообщение, закодированное в гене ks1, увеличивая вероятность формирования головы. Как только достаточное количество клеток экспрессирует этот ген, гидра начинает восстанавливать цилиндрическую форму, и развиваются специализированные клетки головы.

«Ген ks1 говорит им, какие клетки находятся на пути к превращению в клетки головы», — отметил биолог Роб Стил из Калифорнийского университета в Ирвайне.

Значение и ограничения

Хотя ген ks1 указывает на дифференцировку клеток, он не управляет этим процессом. Исследователи надеются, что их работа поможет биологам найти первоисточник, который запускает распространение этого гена и последующую регенерацию.

Одним из неожиданных предсказаний модели, которое подтвердилось экспериментально, является формирование головы гидры с равной вероятностью на более тёплой или более холодной стороне окружающей среды.

Будущие исследования

Учёные признают, что о гидрах ещё многое неизвестно. Например, неясно, как они определяют свою трубчатую форму тела. Изучение нервной системы гидры, которая есть, но не имеет центрального «процессора», может улучшить понимание более сложных организмов.

Исследование команды Гамбы было недавно опубликовано в журнале Physical Review Letters.