Как формируется V-образный рисунок в мышцах рыбы
Исследователи из Института механобиологии (MBI) Национального университета Сингапура выяснили, как в плавательных мышцах рыб формируются характерные V-образные (шевронные) узоры. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences 26 ноября 2019 года.
Физические силы, а не только гены, формируют узор
Учёные изучали формирование шеврона в миотомах (группах мышц) эмбрионов рыбки данио-рерио. Изначально сегмент будущего миотома имеет кубовидную форму, но за пять часов деформируется в заострённую V-форму.
Комбинируя микроскопию высокого разрешения, количественный анализ и биомеханическое моделирование, команда под руководством доктора Шам Тлили и доцента Тимоти Сондерса выявила ключевые физические механизмы:
- Переменное трение: Развивающиеся миотомы соединены с другими тканями эмбриона (нервной трубкой, хордой, кожей). Сила сцепления и возникающее трение различаются в разных областях. Боковые области испытывают большее трение, чем центральная. Когда новые сегменты выталкивают миотом вперёд, это формирует U-образную форму ткани.
- Активные силы клеток: Клетки внутри миотома начинают вытягиваться, формируя мышечные волокна. Этот процесс создаёт активную, неоднородную силу внутри ткани, которая заостряет U-форму до характерного V-образного шеврона.
- Перестройка клеток: Ориентированная перестройка клеток внутри миотома помогает стабилизировать вновь приобретённую шевронную форму.
Значение открытия
Доцент Сондерс отметил: «Эта работа показывает, как тщательно сбалансированное взаимодействие морфологии клеток и механических взаимодействий может управлять возникновением сложных форм в процессе развития».
Исследование демонстрирует, что для формирования сложных биологических паттернов, таких как шеврон в мышцах рыб, необходимы не только генетические инструкции, но и пространственно-временное действие конкретных физических сил.