Ученые из Университета Бата (Великобритания) разработали математическую модель, которая показывает, в каких вариантах пигментные клетки могут «собраться в узоры» на теле рыбок данио. Модель поможет исследователям изучить, как формируются узоры на теле – не только у рыб, но и у многих других животных, сообщает пресс-служба университета. Результаты исследования опубликованы в журнале eLife.
Данио – небольшие рыбки, которые часто являются модельными организмами в биологии развития. Их изучают в том числе в рамках исследования болезней человека. Может показаться, что у этих скромных пресноводных мало общего с млекопитающими, но на самом деле у них много генетических сходств. Рыбки данио даже могут похвастаться похожими физическими характеристиками (в частности, большинство основных органов такие же, как у млекопитающих).
То, как будут располагаться пигментные клетки кожи, у животных определяется на эмбриональной стадии развития. Это формирование узора становится предметом особого интереса для учёных. Понимая, что происходит в развитии узоров эмбрионов рыб, они могут лучше разобраться в сложной «хореографии» клеток внутри эмбрионов в целом.
Полосы взрослой рыбы-данио «естественного типа» образованы из содержащих пигмент клеток – хроматофор. У рыб есть три разных типа хроматофоров, и по мере развития животного эти пигментные клетки перемещаются по коже рыбки, взаимодействуя друг с другом и самоорганизуясь в полосатый рисунок. Иногда возникают мутации, меняющие то, как клетки взаимодействуют друг с другом во время развития закономерного узора – и в результате образуются пятнистые метки-лабиринты. Ученые знают много о биологических взаимодействиях, необходимых для самоорганизации пигментных клеток рыбок данио, но точно не известно, дают ли эти взаимодействия общее объяснение того, как образуются эти узоры.
Чтобы проверить биологические теории, команда из Университета Бата разработала математическую модель, которая включала в себя три типа клеток и все их известные комбинации. Модель смогла спрогнозировать характер развития как у рыбок «естественного типа», так и у рыбок «мутировавшего типа». Благодаря этой модели ученые смогут спрогнозировать, как будут взаимодействовать клетки с пигментами и какие «дефекты» в виде полосок и пятен могут появиться на теле многих животных.
Также, изучая этот процесс на примере рыбок данио, исследователи могут определить важную черту в развитии внутренних органов и понять природу болезней, вызванных нарушением расположением клеток в органах.
«Интересно, что эти различные пигментные клетки, все действующие без скоординированного централизованного контроля, могут надежно производить полосатые узоры, которые мы видим у рыбок данио. Наше моделирование подчеркивает местные правила, которые эти клетки используют для взаимодействия друг с другом, чтобы создать надёжные образцы полосок-узоров», – отметил доктор Кит Йейтс (Kit Yates), математик из Университета Бата, который руководил исследованием.
[Фото: Adapted by Kit Yates from Wikimedia and inset by Jennifer Owen]
