Красота живого мира одинаково поражает поэтов, философов и ученых. Лауреат Нобелевской премии Кристиан Нусслейн-Фольхард, директор отдела генетики Института биологии развития им.
Макса Планка, давно увлекалась биологией, лежащей в основе цветовых узоров, отображаемых животными. Ее группа использует рыбок данио в качестве модельного организма для изучения генетических основ развития животных.Новое исследование лаборатории Нусслейн-Фольхарда, опубликованное в Science, показывает, что желтые клетки претерпевают резкие изменения в форме клеток, окрашивая полосатый рисунок рыбок данио. «Мы были удивлены, увидев такое поведение клеток, поскольку оно было совершенно неожиданным, исходя из того, что мы знали о формировании цветовых узоров», — говорит Пратик Махалвар, первый автор исследования. Исследование основано на предыдущей работе лаборатории, опубликованной в июне этого года в журнале Nature Cell Biology (NCB), в которой отслеживается поведение серебристых и черных клеток.
Оба исследования описывают тщательные эксперименты по выявлению клеточных событий во время формирования полосатого рисунка. Отдельную молодь рыб, несущую флуоресцентно меченые предшественники пигментных клеток, визуализировали каждый день в течение до трех недель для определения клеточного поведения.
Это позволило ученым проследить размножение, миграцию и распространение отдельных клеток и их потомков на протяжении всего процесса формирования полосок у живых и растущих животных. «Нам пришлось разработать очень щадящую процедуру, чтобы иметь возможность многократно наблюдать за отдельными рыбами в течение длительных периодов времени. Поэтому мы использовали современный микроскоп, который позволил нам свести к минимуму неблагоприятное воздействие флуоресцентного освещения», — говорит Аджит.
Сингх, первый автор более раннего исследования NCB.Неожиданно анализ показал, что три типа клеток достигают кожи совершенно разными путями: популяция плюрипотентных клеток, расположенная на дорсальной стороне эмбриона, дает личиночные желтые клетки, которые покрывают кожу эмбриона.
Эти клетки начинают размножаться в начале метаморфоза, когда рыбе исполняется примерно две-три недели. Однако черные и серебристые клетки происходят из небольшого набора стволовых клеток, связанных с нервными узлами, расположенными близко к спинному мозгу в каждом сегменте.
Черные клетки достигают кожи, мигрируя вдоль сегментарных нервов, и появляются в области полосок, тогда как серебристые клетки проходят через продольную щель, разделяющую мускулатуру, а затем размножаются и распространяются по коже.Бриджит Вальдерих, соавтор научной статьи, которая выполнила трансплантацию клеток, чтобы проследить происхождение желтых клеток, объясняет: «Моя попытка состояла в том, чтобы создать небольшие кластеры флуоресцентно меченых клеток в эмбрионе, за которыми можно было бы наблюдать на личиночной и ювенильной стадиях. чтобы разгадать рост и поведение желтых клеток. Мы были удивлены, обнаружив, что они делятся и размножаются как дифференцированные клетки, чтобы покрыть кожу рыбы, прежде чем серебристые и черные клетки прибудут, чтобы сформировать полосы ».
Поразительным наблюдением является то, что как серебристые, так и желтые клетки могут менять форму и цвет клеток в зависимости от своего местоположения. Желтые клетки уплотняются, плотно покрывая плотные серебристые клетки, образующие светлую полосу, окрашивая ее в золотой цвет, и приобретают рыхлую звездчатую форму над черными клетками полос.
Серебристые клетки тонко покрывают полосу, придавая ей голубой оттенок. Они снова меняют форму на расстоянии, превращаясь в плотную, чтобы агрегироваться, образуя новую светлую полосу.
Такое поведение клеток создает серию чередующихся светлых и темных полос. Точное наложение плотной формы серебристых и желтых ячеек в светлой полосе и рыхлых серебристых и желтых ячеек, наложенных на черные ячейки в полосе, создает поразительный контраст между золотой и синей окраской рисунка.
Авторы предполагают, что вариации в поведении этих клеток могут сыграть роль в создании большого разнообразия цветовых узоров у рыб. «Эти открытия информируют нас о формировании цветовых узоров у других рыб, но также и у животных, которые недоступны для непосредственного наблюдения во время развития, таких как павлины, тигры и зебры», — говорит Нусслейн-Фольхард, задаваясь вопросом, как ее кошки получили свои полосы.