Исследование: Жизнь начинается с волн

Когда начинается жизнь, начинается безумный вихрь. Это не поэзия или философия. Это наука.

Как только яйцеклетка оплодотворена, миллиарды белков растекаются по ее поверхности, высвобождая головокружительный каскад закрученных узоров. Эти спиральные дуги являются фундаментальной частью деления возникающих клетках.

«Яйцо — огромная клетка, и эти белки должны работать вместе, чтобы найти свой центр, чтобы клетка знала, где многократно делиться, образуя организм», — говорит физик Никта Фахри из Массачусетского технологического института.

«Без этих белков, создающих волны, не было бы деления клеток».

В новом исследовании Фахри и его коллеги-исследователи изучили, как эти вихревые волны выглядят, изучая их схемы распространения на клеточных мембранах яиц морских звезд (Patiria miniata).

Помимо понимания биологии ооцитов морских звезд, исследователи хотели увидеть, как эти закономерности могут сравниваться с аналогичными волновыми явлениями в других типах систем — примерами того, что физики называют топологическими дефектами.

Как объясняют исследователи в статье, подобные виды турбулентного поведения можно наблюдать как в физической, так и в биологической материи. В масштабах, которые варьируются от космологического до бесконечно малого: от закрученных вихрей в планетарных атмосферах до биоэлектрических сигналов в сердце и мозге.

Тем не менее, хотя сходства могут прослеживаться, их характер остается неизученным.

«Несмотря на столь существенный прогресс в понимании топологических дефектов и их функциональных последствий, пока не ясно, распространяются ли статистические законы, управляющие такими топологическими структурами в классических и квантовых системах, на живое существо», — объясняют авторы.

В своих экспериментах с морскими звездами команда представила гормон, имитирующий начало оплодотворения в ооцитах, при котором волны, сигнализирующие о белке, называемом Rho-GTP, пульсируют через мембрану в течение нескольких минут за раз, а результаты отображаются под микроскопом, благодаря помощи флуоресцентных красителей, которые присоединяются к Rho-GTP.

Изменяя концентрацию гормонального триггера, исследователи смогли наблюдать множество закрученных спиралей, распространяющихся по всей поверхности яйца.

«Таким образом, мы создали калейдоскоп разных моделей и посмотрели на их динамику», — говорит Фахри.

Исследователи говорят, что после съемки и анализа фазовой скорости в волновых структурах зачатки жизни, наблюдаемые у этих яиц морских звезд, напоминают динамику в бактериальной турбулентности и квантовых системах бозе-эйнштейновских конденсатов.

Результаты представлены в журнале Physics Nature.

Источники: Фото: MIT