观察恐龙标本骨架,您可能会被美丽的重复脊椎结构所吸引。
这种确切的规律性从何而来?虽然形成动物身体的发育过程受到非常精确的控制,但每个细胞都充满了波动(噪音)。然而,奈良科学技术研究所副教授 Naoki Honda 和 Takateru Matsui 副教授的研究小组表示,对于生物学来说,如何准确地制造身体是一个很大的谜团。
这一次,研究小组专注于称为体节的重复结构的形成,这是脊柱的基础。在之前的研究中,定期被激活的基因扮演着“生物钟”的角色,一种叫做ERK的分子按照这种节奏失活,产生均匀的体节。众所周知,如果生物钟不工作,段将是不均匀的,但时钟保证段再现性的机制是未知的。
在这项研究中,我们使用通过计算机模拟体节发生的数学模型研究了噪声的影响和 ERK 活动的行为。结果,在没有时钟的情况下,噪声的影响通过细胞间的通信传播,导致细胞范围内的协调丧失和 ERK 在不规则的时间失活,同时时钟滴答作响。发现噪声传播被关闭以增强细胞的协调性,并且 ERK 的失活以规则的间隔准确发生。此外,我们成功地使用斑马鱼胚胎证明了该数学模型的有效性。
这一成果揭示了时钟节律具有消除噪音的作用,并通过像导体一样协调细胞来控制体节发生的形成,是预防人类发育疾病(如脊椎肋骨异常)的成果,并可能导致治疗。