Hvordan dyr når deres korrekte størrelse

Selv små forskelle i, hvor hurtigt dyr vokser under udviklingen, kan opsummere til store forskelle i deres voksne kropsstørrelse. Ikke desto mindre er voksne af samme art normalt næsten identiske i størrelse. Benjamin Towbin, en postdoc i Grosshans-laboratoriet, som nu er på Uni Bern, opdagede en mekanisme, der fremmer en sådan størrelsesensartethed uden selv at måle størrelsen. Hans forskning ved hjælp af C. elegans viste, at væksthastigheden bestemmer hastigheden af ​​et genetisk ur, der gange udviklingen.

I det store og hele vokser individer af samme art til samme størrelse. Denne ensartethed i størrelse er forbløffende, eftersom iboende tilfældighed i udviklingsprocesser og i miljøforhold producerer væsentlige forskelle i, hvor hurtigt individer vokser. Desuden, fordi dyrs vækst ofte er eksponentiel, kan selv små forskelle i vækst forstærkes til store forskelle i størrelse. Hvordan sørger dyr alligevel for at nå den rigtige størrelse?

Selvom størrelseskontrol er blevet grundigt undersøgt i encellede mikrober, ved man ikke meget om, hvordan flercellede dyr kontrollerer deres størrelse. Benjamin Towbin, nu adjunkt ved universitetet i Bern, var ekspert i bakteriel størrelseskontrol, da han kom til FMI som postdoc i gruppen af ​​Helge Grosshans. Han indså, at den nye levende billedteknologi, som Grosshans-laboratoriet brugte til at registrere udviklingen af ​​rundormen C. elegans, åbnede nye muligheder for at studere, hvordan dyr kontrollerer deres størrelse.

I en undersøgelse offentliggjort i Nature Communications , brugte Towbin time-lapse mikroskopi til at registrere hundredvis af individuelle C. elegans fra udklækning til voksenalderen. Towbin opdagede en mekanisme, der sikrer ensartet kropsstørrelse blandt individuelle dyr. Mekanismen ser ikke ud til at måle størrelse i sig selv. I stedet fornemmer den, hvor hurtigt et individ vokser, og tilpasser passende den tid, hvorefter denne person bliver voksen. Derfor når et langsomt voksende individ samme størrelse som et hurtigt voksende individ, fordi det får mere tid til at vokse.

Towbin viste, at denne mekanisme opstår ved at koble væksthastigheden til frekvensen af ​​en såkaldt genetisk oscillator. Grosshans laboratoriet havde tidligere vist, at denne oscillator fungerer som et udviklingsur, se historien. Efter fire svingninger slutter den unge udvikling, og dyrene bliver voksne. Ved at vide dette brugte Towbin molekylære værktøjer til at fremskynde dette ur. Som Towbin forudsagde af en matematisk model, blev dyr med et hurtigere ur hurtigere voksne og var mindre i størrelse.

"Den matematiske model viser også, at en omvendt relation mellem væksthastigheden og oscillationsfrekvensen ikke er specifik for orme, men en generel egenskab ved genetiske oscillatorer", siger Towbin, som er sidste forfatter på papiret (Klement Stojanovski, laboratoriechefen for hans nuværende laboratorium, er førsteforfatter). "Kobling af vækst og udvikling som findes i ormen kan således ligge til grund for mange andre tilfælde af biologisk størrelseskontrol," siger han. For eksempel involverer udvikling af rygsøjlen hos hvirveldyr også en genetisk oscillator, hvis kobling til vækst kan sikre den korrekte størrelse og antallet af hvirvler.