Когда рыба становится жидкостью

В ходе развития эмбриона рыбки данио-рерио (zebrafish) часть его тканей переходит из вязкого состояния в жидкое — происходит переход к текучести (fluidity transition). Хотя существование такого перехода в живой материи давно предполагалось, впервые он был описан в живом организме в исследовании, опубликованном в Nature Cell Biology. Работу провела группа Карла-Филиппа Хайзенберга из Института науки и технологий Австрии (IST Austria) в соавторстве с группами Гийома Сальбрё из Института Фрэнсиса Крика и Эдуарда Ханнезо (также IST Austria).

Открытие перехода к текучести

Исследователи изучали механические силы, действующие во время процесса «куполирования» (doming) — когда слой клеток (бластодерма) распространяется по желтку, формируя купол. Прикладывая давление к ткани эмбриона через пипетку и измеряя скорость её деформации, учёные могли определить, насколько ткань вязкая или текучая. Оказалось, что в определённый момент и в строго определённой области (центральной части бластодермы) ткань внезапно становится текучей. «Такой переход к текучести предсказывался теорией и моделями, но здесь мы впервые показываем, что он происходит в реальном живом организме», — говорит первый автор Николита Петриду.

Причина: потеря связей при делении клеток

Переход происходит из-за того, что клетки продолжают делиться. Во время деления клетки округляются и теряют контакты с соседями. Чем больше делений, тем больше связей теряется, пока ткань в конечном итоге не становится жидкой. «Это механическое, а не биохимическое изменение, — объясняет Петриду. — Эмбрион запрограммирован на деление, он не может этого избежать».

Контроль процесса сигнальным путём

Все клетки эмбриона делятся, но текучей становится только центральная область. Исследователи обнаружили, что неканонический Wnt-сигнальный путь (non-canonical Wnt signaling pathway) предотвращает переход к текучести на краях эмбриона, удерживая клетки соединёнными. «Мы считаем, что состояние по умолчанию для ткани — стать текучей, но сигналинг не позволяет определённым областям перейти в это состояние», — говорит Петриду.

Последствия нарушения перехода

Если переход идёт неправильно (например, когда Wnt-сигналинг отключён и вся бластодерма становится текучей, или когда текучесть подавлена во всей бластодерме), процесс куполирования нарушается, и раннее развитие эмбриона замедляется.

Связь с физикой фазовых переходов

Внезапный переход от вязкого к жидкому состоянию напоминает фазовый переход (например, кипение воды). Авторы пока называют явление «переходом к текучести», так как не уверены, что это фазовый переход в строгом физическом смысле. «Фазовые переходы могут происходить в молекулярных сетях, но мы пока не знаем, могут ли они происходить в ткани или в эмбрионе», — объясняет Петриду. Дальнейшая работа будет направлена на выяснение этого вопроса.