Hvordan evolution former livets geometrier:Forskere løser et mangeårigt biologisk puslespil

I en banebrydende opdagelse har et internationalt hold af forskere ledet af forskere fra Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), University of Chicago og University of California, Berkeley, endelig knækket en langvarig gåde inden for evolutionær biologi . Holdet var i stand til kvantitativt at forbinde de geometriske arrangementer af væv i organismer, den såkaldte vævsarkitektur, til de underliggende genetiske og udviklingsregler under livets udvikling. Undersøgelsen markerer en væsentlig milepæl i forståelsen af ​​udviklingsmekanismernes rolle i at forme mangfoldigheden og kompleksiteten af ​​livet på Jorden.

Vævsarkitektur refererer til den rumlige organisering af celler i væv, og den spiller grundlæggende roller i forskellige processer, fra vævsfunktion og homeostase til embryonal udvikling. På trods af dens betydning har forskere ikke været i stand til at udvikle en omfattende forståelse af, hvordan vævsarkitekturens forviklinger opstår. Dette har hovedsageligt været på grund af udfordringerne med at belyse sammenhængen mellem den genetiske information, der bæres i organismer, som specificerer reglerne for udvikling, og de indviklede geometriske mønstre af fuldt dannede væv.

Den banebrydende undersøgelse offentliggjort i det anerkendte tidsskrift eLife benyttede en kraftfuld kombination af eksperimentelle og teoretiske tilgange ved at bruge modelsystemer såsom frugtfluen Drosophila melanogaster. Holdet identificerede nøglegener, der regulerer størrelsen, formen og arrangementet af celler under udvikling. Ved omhyggeligt at karakterisere vævsarkitekturer i mutante fluer, hvor specifikke gener blev forstyrret, etablerede forskerne en direkte forbindelse mellem genetiske ændringer, udviklingsprocesser og de endelige mønstre observeret i væv.

Holdet var overrasket over at opdage, at relativt små ændringer i udviklingsprogrammer kan føre til slående forskelligartede og indviklede geometrier i væv. Disse ændringer påvirker ikke kun vævs funktion direkte, men kan også i væsentlig grad påvirke organismers overordnede form og robusthed, hvilket viser, hvordan små genetiske ændringer kan føre til storskala evolutionære transformationer og biologisk mangfoldighed.

"Vores resultater understreger den dybe indflydelse udviklingsmekanismer har i at forme livets geometrier," forklarer professor Ko, en af ​​studiets ledende forskere. "Vi demonstrerer, at den evolutionære transformation af vævsarkitekturer går ud over simple ændringer i vævsstørrelse eller arrangement. I stedet ligger det i det indviklede samspil mellem genetiske faktorer og udviklingsprocesser, der i sidste ende giver den spektakulære variation af vævs- og organformer i den levende verden. "

Dette gennembrud åbner nye veje til at fremme evolutionær biologi og udviklingsforskning og lover at kaste lys over grundlæggende processer, der har drevet diversificeringen af ​​livets former og funktioner gennem hele evolutionens historie.