معمای اینکه چگونه موها می دانند کجا رشد کنند ممکن است در نهایت حل شود

مدت ها قبل از تولد یک پستاندار، پوست آن شروع به تعیین مکان های دقیقی می کند که در نهایت مو رشد می کند. این فولیکول های مو در حال رشد آرایش هندسی پیچیده ای را تشکیل می دهند که از گونه ای به گونه دیگر متفاوت است. اما چه چیزی تعیین می کند که هر فولیکول کجا ظاهر می شود و چگونه بدن چنین الگوهای منظمی را ایجاد می کند؟

محققان دانشگاه ژنو (UNIGE) یک فرآیند ساده و شگفت آور را شناسایی کرده اند که ممکن است به توضیح این معمای بیولوژیکی کمک کند. با مطالعه نحوه حرکت سلول ها در پاسخ به سیگنال های شیمیایی، این تیم مدلی را توسعه داد که با موفقیت شکل گیری الگوهای فولیکول مو را در دو گونه پستاندار بازسازی می کند. یافته‌های آن‌ها که در PNAS منتشر شده است، نشان می‌دهد که ساختارهای بیولوژیکی دقیق می‌توانند به طور طبیعی از تعاملات اساسی بین سلول‌های همسایه پدیدار شوند.

این کشف می تواند به توضیح یک پدیده بسیار گسترده تر در طبیعت کمک کند. مو، پر و بیشتر انواع فلس ها به صورت ساختارهای کوچکی به نام پلاکد شروع می شوند که در طول رشد جنینی ظاهر می شوند. دانشمندان دهه‌ها را صرف بررسی این موضوع کرده‌اند که چگونه این ساختارهای اولیه ترتیبات متمایزی را که در گونه‌های مختلف جانوری دیده می‌شود، ایجاد می‌کنند.

به چالش کشیدن یک نظریه طولانی مدت رشد مو

برای موش های آزمایشگاهی (Mus musculus)، توضیح اصلی به طور سنتی مدل انبساط-القایی بوده است. این نظریه پیشنهاد می‌کند که وقتی یک پلاکد جدید ظاهر می‌شود، یک ماده شیمیایی آزاد می‌کند که از نزدیک شدن پلاکدهای اضافی به آن جلوگیری می‌کند.

همانطور که پوست جنین رشد می کند و کشیده می شود، برخی از مناطق به اندازه کافی از پلاکدهای موجود دور می شوند تا از نفوذ مواد شیمیایی در امان بمانند. سپس پلاکدهای جدید می توانند در آن فضاها ایجاد شوند و به تدریج الگوی کامل تری در سراسر پوست ایجاد کنند.

اگرچه این توضیح مقبولیت گسترده ای پیدا کرده است، اما دانشمندان به طور تجربی ثابت نکرده اند که بتواند تنوع الگوهای فولیکولی موجود در گونه ها را توضیح دهد.

مکانیزم ساده تر برای تشکیل فولیکول مو

برای بررسی احتمال دیگری، محققان به رهبری آتاناسیا تزیکا، مدرس ارشد، و میشل میلینکویچ، پروفسور، هر دو در گروه ژنتیک و تکامل در دانشکده علوم UNIGE، بر فرآیندی به نام کموتاکسی تمرکز کردند.

کموتاکسی زمانی اتفاق می افتد که سلول ها در پاسخ به تفاوت در غلظت های شیمیایی حرکت می کنند. همین فرآیند اساسی به هدایت گلبول‌های سفید خون به سمت مناطق التهابی کمک می‌کند و به سیستم ایمنی اجازه می‌دهد تا جایی که نیاز است پاسخ دهد.

محققان یک مدل ریاضی ایجاد کردند که نحوه تعامل سلول های متحرک در درم با سیگنال شیمیایی جذابی را که توسط اپیدرم، لایه بیرونی پوست منتشر می شود، ردیابی می کند. آنها سپس رشد پوست جنین را شبیه سازی کردند تا ببینند آیا این فعل و انفعالات می تواند ظاهر تدریجی پلاکدها را ایجاد کند یا خیر.

به طور قابل توجهی، این مدل الگوهای رشد مشاهده شده در موش های آزمایشگاهی، از جمله همان توالی تشکیل فولیکول را که دانشمندان قبلا با استفاده از نظریه انبساط-القاء توضیح داده بودند، بازسازی کرد. این نشان می دهد که ممکن است یک سیستم پیچیده از دستورالعمل ها برای تعیین محل رشد فولیکول ها لازم نباشد.

محمد ابراهیمی و ابراهیم جهانبخش، محققین دپارتمان ژنتیک و تکامل توضیح می‌دهند: «یافته‌های ما نشان می‌دهد که الگوهای مشاهده‌شده به یک سیستم پیچیده نیاز ندارند که به هر پلاکد بگوید کجا باید تشکیل شود. در عوض، پلاکدها به طور خود به خود از فعل و انفعالات محلی بین سلول ها و سیگنال های شیمیایی پدیدار می شوند.

یک فرآیند ساده الگوهای مختلف مو را ایجاد می کند

این تیم در مرحله بعدی بررسی کردند که آیا مکانیسم یکسان می تواند ترتیبات فولیکولی را در پستاندار دیگری با ساختار پوششی بسیار متفاوت توضیح دهد یا خیر.

آنها موش خاردار (Acomys dimidiatus) را انتخاب کردند، جونده‌ای که فولیکول‌های موی آن در یک الگوی غیرعادی منظم با هم‌ترازی جهتی قوی رشد می‌کنند. این سازمان متمایز را نمی توان با مدل سنتی گسترش- القاء توضیح داد.

محققان با استفاده از اطلاعات تجربی جمع‌آوری‌شده از تصاویر سه‌بعدی پوست جنینی در حال رشد، شبیه‌سازی‌های خود را برای منعکس کردن ویژگی‌های بیوشیمیایی خاص موش خاردار و نحوه رشد پوست آن تطبیق دادند.

نتایج نشان داد که همان فرآیند زیربنایی سلول‌هایی که به سیگنال‌های شیمیایی پاسخ می‌دهند می‌تواند الگوی فولیکول بسیار سازمان‌یافته موش خاردار را نیز بازتولید کند. تفاوت بین این دو گونه را می توان با تغییرات در تعاملات سلولی، خواص شیمیایی و رشد پوست به جای مکانیسم های کاملا متفاوت توضیح داد.

این یافته ها نشان می دهد که تنوع قابل توجه ساختارهای موجود در سراسر قلمرو حیوانات ممکن است از مجموعه ای مشترک از قوانین بیولوژیکی نسبتا ساده ناشی شود. با تنظیم نحوه تعامل و واکنش سلول ها به محیط اطراف خود، طبیعت می تواند الگوهای بسیار متفاوتی را بدون نیاز به طرح توسعه جداگانه برای هر گونه ایجاد کند.

آتاناسیا تزیکا در پایان می‌گوید: «کار ما نشان می‌دهد که فعل و انفعالات سلولی ساده می‌تواند تنوع قابل‌توجهی از معماری‌های بافت مشاهده شده در طول تکامل را ایجاد کند. بنابراین، تفاوت‌های مشاهده شده بین گونه‌ها ناشی از همان فرآیند خودسازمان‌دهی است، اما با تغییراتی در تعاملات بین سلول‌ها و سیگنال‌های شیمیایی.

مواد ارائه شده توسط Université de Genève. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.

ناسا هشدار داد که یک هیولا ال نینو می تواند از رویداد تاریخی 1997 پیشی بگیرد

"این نباید اتفاق بیفتد": دانشمندان راه جدیدی عجیب برای کنترل اتم ها کشف کردند

مطالعه گسترده 2.8 میلیون نفر اسرار جدیدی از بیماری آلزایمر را فاش کرد

یک ویروس باستانی ممکن است راز آنچه که مغز انسان را متفاوت می کند را در خود داشته باشد