Ученые выяснили, каким образом беспорядок способствует образованию упорядоченных клеточных структур у представителей флоры.
Специалисты из Корнеллского университета установили, что удивительная структура растительных тканей формируется в результате взаимодействия беспорядка и упорядоченности. Новое исследование продемонстрировало, как сочетание случайных процессов и роста создает уникальные клеточные структуры, определяющие форму органов растений и, вероятнее всего, всей многоклеточной жизни, сообщает Phys.org.
Эксперименты показали, что генетический механизм, отвечающий за образование крупных клеток в покровном слое цветков арабидопсиса, одновременно регулирует разнообразие размеров клеток в листовых тканях. Это открытие указывает на существование универсальной схемы организации пространства растительных клеток, которая сочетает элементы случайности и самоорганизации.
При изучении листьев под микроскопом видно мозаичное покрытие, состоящее из клеток различных размеров. Крупные клетки значительно превышают размеры мелких соседей, занимая в среднем в шесть раз большую площадь. Появление таких больших клеток связано с процессом эндоредупликации — повторением цикла удвоения ДНК без последующего деления клетки.
Исследователи изучили причины появления крупных клеток, стремясь определить, являются ли они следствием случайных процессов или подчиняются каким-то скрытым закономерностям. С применением современных методов микроскопии и компьютерного моделирования, эксперты установили, что в начале большие клетки формируются хаотично, но в дальнейшем начинают объединяться в группы, создавая четко выраженные структуры по мере роста тканей растения. Этот процесс можно сравнить с выращиванием сада: сначала семена высаживаются произвольно, но со временем формируется упорядоченный ландшафт.
Научная группа выделила четыре гена (ACR4, ATML1, DEK1 и LGO), которые влияют на размер и частоту появления крупных клеток. Увеличение экспрессии гена LGO способствовало росту числа гигантских клеток, тогда как повышение уровней ATML1 или LGO расширяло область их распространения. В листьях гигантские клетки формируются на обеих поверхностях, тогда как в чашелистиках они появляются исключительно на нижней стороне. Это указывает на то, насколько один и тот же генетический механизм способен давать различные результаты в зависимости от особенностей конкретного растительного материала.
По словам специалистов, понимание механизмов самоорганизации клеток без необходимости непосредственных контактов открывает возможности для разработки новых подходов к созданию растительных тканей и проектированию искусственных биосистем, способных формировать сложные структуры при минимальных уровнях координации.
Фото: hi-tech.mail.ru