Физикам впервые удалось получить трехмерное видео, показывающее процесс дифференциации живых клеток. Они также построили математическую модель, которая объясняет, каким образом изменение формы группы клеток стимулирует это явление. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Кембриджского университета.
Ученые при помощи флюоресцентной микроскопии наблюдали за процессом гаструляции (точнее, его разновидностью — инвагинацией) у водорослей рода Вольвокс (Volvox). Исследование этих зеленых водорослей привлекло внимание специалистов, прежде всего, тем, что Volvox являются колониальными организмами, которые при существовании в пределах колонии проявляют высокую степень специализации. Как полагают многие ученые, первые многоклеточные организмы получили свое развитие именно от колониальных форм одноклеточной жизни.
Инвагинация у вольвокс похожа на этот же процесс у эмбрионов животных. У последних он происходит, когда внешний слой зародыша через специальное отверстие начинает втягиваться внутрь. Именно такой процесс удалось заснять ученым. У группы клеток вольвокс выворачивание начинается с образования двух полушарий, после чего одно из них начинает втягиваться в другое. Этот процесс длится в течение примерно часа, после чего группа принимает свою прежнюю форму.
Ранее ученым удавалось наблюдать за процессом в двумерных сечениях, а также делать косвенные выводы о его механике исходя из химических явлений, его сопровождавших. В новом исследовании физики впервые выяснили, что процесс может происходить только при условии активного сокращения одного полушария и интенсивного проникновения в него другого. Таким образом группы клеток в ходе гаструляции на время принимают характерную форму гриба.
В отличие от многоклеточных организмов, у вольвокс гаструляция приводит к изменению формы колонии и характеру взаимодействия ее клеток между собой (типу специализации). У многоклеточных организмов этот процесс приводит к образованию разных групп клеток, из которых впоследствии образуются органы и ткани. Ученые отмечают, что простота развития вольвокс может понять особенности развития более сложных организмов.