Ученые из России выяснили, как возникли пятна на шкурах животных
Российские генетики нашли новое биологическое и математическое объяснение тому, как возникают пятна и полоски на поверхности тела и шкуры различных животных, и опубликовали его в журнале PLoS One.
Форма тела, окраска и другие внешние отличительные признаки животных зачастую возникают из-за любопытных физических феноменов, поведением которых управляют простые математические законы. К примеру, кишечник всех позвоночных животных можно описать при помощи одной и той же формулы, а кора мозга укладывается в извилины во время роста зародыша по очень простому физическому принципу.
Одна из самых интересных загадок такого рода - то, как и почему шкуры кошек и многих других животных покрыты разноцветными полосками и точками. За последние годы ученые предложили несколько формул, описывающих их формирование, и нашли несколько генов "пятнистости" и "полосатости". С другой стороны, то, как работает механизм их формирования, оставалось загадкой для биологов.
Андрей Зарайский из Института биоорганической химии РАН и его коллеги из МГУ и Физического института РАН в Москве предложили новое оригинальное объяснение тому, как могут формироваться подобные пятна и полоски, используя формулы, которые предложил для их объяснения Алан Тьюринг еще в 1950 годах.
Великий британский математик предположил, что полоски на теле кошек, зебр и пятна на теле леопардов и ряда других животных возникают благодаря наличию в их зародышах двух химических веществ, которые распространяются через весь эмбрион и взаимодействуют друг с другом.
Различия в скорости их движения через организм, как показал Тьюринг в своих расчетах, порождают характерные "точки" и "полоски" в их распределении по будущему телу. Схожим образом, как сегодня считают исследователи, могут расти и другие структуры в теле животных и человека, в том числе и пальцы на наших руках и ногах.
Руководствуясь выкладками Тюринга, биологи давно ищут такие молекулы и за последние годы они даже нашли несколько возможных кандидатов на роль подобных биологических "художников".
Проблема, как рассказывают российские исследователи, заключается в том, что ученые ожидали, что данные молекулы будут устроены совершенно по-разному и заметно отличаться по массе и форме. На самом деле, все они похожи друг на друга, из-за чего у биологов возник вопрос - как они могут управлять ростом полосок и пятен?
Ученые из России раскрыли этот секрет, обратив внимание на то, что на скорость распространения подобных белковых молекул-"художников" влияют не только их собственные свойства, но и то, как они взаимодействуют с белковыми структурами, так называемым внеклеточным матриксом, который поддерживает клетки и управляет их миграцией во время роста зародыша.
Построив математическую модель на базе этой идеи, ученые проверили ее, проследив за тем, как белки WNT и DKK, управляющие ростом волосяных луковиц в зародышах крыс, взаимодействуют с межклеточной средой. Эти наблюдения подтвердили их гипотезу, продемонстрировав, что WNT сильнее "сцеплялся" с межклеточной средой, тогда как DKK делал это заметно слабее. В результате этогомолекулы WNT распределялись по зародышу более точечно, порождая "лес" из будущих волосяных луковиц на поверхности кожи.
Аналогичным образом, как рассказывают Зарайский и его коллеги, возникал узор из черных пятен на теле желтого сомика-кукушки. Сейчас российские биохимики пытаются понять, как можно управлять этим процессом, что поможет доказать, что именно этот механизм отвечает за появление пятен, а не что-то иное.
