Кубанский государственный технологический университет

Развитие эмбриона подчиняется законам гидродинамики

11-10-2011
Исследователи парижского университета им. Дидро впервые запечатлели процесс развития куриного эмбриона в течение первых 48 часов после зачатия. Анализ этой записи показал, что формирование головы эмбриона происходит под действием гидродинамических сил.

На самом раннем этапе развития куриный эмбрион представляет собой плоскую пластинку из клеток, которая впоследствии сворачивается и принимает U-образную форму, напоминающую свернутый блин.

При проведении более ранних работ, посвященных изучению развития эмбриона, ученые, как правило, рассматривали каждую клетку по-отдельности. Авторы же избрали совершенно иной подход: они рассматривали эмбрион как одно целое, состоящее из текучего пластичного материала.

Формирование головы эмбриона является результатом "столкновения" двух концов свернутого зародышевого слоя, постепенно приближающихся друг к другу с постоянной скоростью

Сначала они извлекли эмбрион из желтка, не требующегося для развития в течение первых 48 часов, и поместили его в оптимальные температурные условия. После этого они запечатлели процесс его развития с помощью метода обычной микросъемки. Полученная при этом запись по точности намного превзошла результаты более ранних попыток, проведенных с использованием сложных дорогостоящих методик визуализации.

Исследователи также оценили скорость движения всех точек эмбриона, а его вязкоупругость в физиологичных условиях. Комбинирование полученных данных с биологическими параметрами эмбриона (вязкость клеток, толщина и размер) позволило им создать модель, описывающую движение растущего эмбриона.

Сопоставление этой модели и происходящего в записанном микрофильме показало, что формирование головы эмбриона является результатом "столкновения" двух концов свернутого зародышевого слоя, постепенно приближающихся друг к другу с постоянной скоростью. Оказалось, что для моделирования векторных полей, демонстрирующих гидродинамический поток клеток эмбриона, подходят математические формулы, описывающие взаимодействие магнитных полей. Получается, что при соединении двух противоположных концов эмбриона его клетки подвергаются действию сил, сходных, с возникающими при расположении двух магнитов разноименными сторонами друг к другу, результатом чего является формирование головы.

Полученные данные указывают на то, что формирование головы является не просто результатом нескольких событий, активируемых генетическими механизмами. Более того, они опровергают признаваемую ранее гипотезу, согласно которой основной силой, ответственной за перемещение клеток внутри развивающегося эмбриона является химический градиент.

Проделанная исследователями работа проливает свет на неизвестные ранее механизмы внутриутробного развития позвоночных животных и, возможно, в будущем сделанные наблюдения помогут специалистам, занимающимся разработкой методов регенеративной медицины.