Ученые из Корнеллского университета выяснили, что удивительная структура растительных тканей формируется в результате взаимодействия беспорядка и упорядоченности. Новое исследование показало, как сочетание случайности и процессов роста создает уникальные клеточные структуры, определяющие форму органов растений и, вероятно, всей многоклеточной жизни, пишет Phys.org.
Экспериментально установлено, что генетический механизм, ответственный за образование крупных клеток в покровном слое цветков арабидопсиса, одновременно контролирует вариабельность клеточных размеров в листовых тканях. Это открытие свидетельствует о наличии универсальной схемы организации пространства растительных клеток, сочетающей элементы случайности и самоорганизации.
При изучении листьев под микроскопом становится видно мозаичное покрытие, состоящее из разноразмерных элементов. Большие клетки многократно превышают размеры мелких соседей, занимая в среднем в шесть раз большую площадь. Появление таких крупных клеток связано с процессом эндоредупликации — повторением цикла удвоения ДНК без последующего разделения клетки.
Ученые исследовали природу появления больших клеток, пытаясь выяснить, являются ли они следствием случайных процессов или следуют каким-то скрытым закономерностям. Используя современные технологии микроскопии и компьютерного моделирования, эксперты обнаружили, что изначально большие клетки формируются хаотично, но впоследствии начинают объединяться в группы, формируя четко выраженные структуры по мере роста тканей растения. Этот феномен сравним с процессом выращивания сада: сначала семена высаживаются произвольно, но со временем возникает упорядоченный ландшафт.
Команда выявила группу из четырех генов (ACR4, ATML1, DEK1 и LGO), влияющих на размер и частоту появления крупных клеток. Повышение экспрессии гена LGO способствовало росту числа гигантских клеток, тогда как увеличение уровней ATML1 или LGO расширяло область их распространения. В листьях гигантские клетки возникают на обеих поверхностях, тогда как в чашелистиках они образуются исключительно на нижней стороне. Это показывает, насколько один и тот же генетический механизм способен давать разные результаты в зависимости от специфики конкретной растительной ткани.
По словам специалистов, осознание механизмов самоорганизации клеток без непосредственных контактов открывает перспективы для разработки инновационных подходов к созданию растительных тканей и проектированию искусственных биосистем, способных формировать сложные структуры при минимальных уровнях координации.
Ранее ученые рассказали, почему не стоит добавлять бананы в смузи.
