Ростовская исследовательская группа из Южного федерального университета и университета Монпелье (Франция) совершила фундаментальное открытие, обнаружив единые математические законы организации живой материи на разных уровнях - от клеточных структур до целых экосистем. Ученые доказали, что эпителиальные ткани человека и колонии кораллов подчиняются одинаковым принципам самоорганизации.
Эпителиальные ткани, формирующие кожу и слизистые оболочки органов, давно известны своей удивительной структурной упорядоченностью. Клетки эпителия образуют идеальные многоугольники, плотно прилегающие друг к другу.
20 лет назад ученые установили, что здоровые эпителии у различных видов животных и растений организованы по единому принципу с определенным количеством граней и клеток-соседей. Однако оставалось неизвестным, распространяется ли этот принцип на более сложные биологические системы.
Исследователи ЮФУ и их французские коллеги провели исследование, сравнив клеточную структуру эпителия с организацией коралловых колоний. Кораллы, состоящие из тысяч отдельных полипов, выполняют сходные с эпителием функции - защищают внутреннюю среду колонии и осуществляют транспорт веществ.
Для анализа были отобраны три семейства кораллов (Faviidae, Merulinidae и Montastraeidae), образующие колонии с плоской или полусферической поверхностью. С помощью микрокомпьютерной томографии ученые получили тысячи цифровых снимков виртуальных срезов коралловых структур.
Параллельно проводилось изучение эпителиальных тканей с использованием конфокальной микроскопии высокого разрешения. В исследовании использовались культуры клеток почки обезьяны и шейки матки человека.
Анализ показал поразительное сходство в распределении структурных элементов: 43-51% элементов (клеток и полипов) имели шесть соседей, 25-27% - пять соседей, а оставшаяся часть - четыре, семь, восемь или девять соседей.
Компьютерное моделирование подтвердило, что такое распределение соответствует наиболее энергоэффективной конфигурации, при которой элементы ведут себя как частицы, отталкивающиеся при сближении и прекращающие взаимодействие на большом расстоянии.
Разработанная учеными физическая модель с точностью около 90% описывает организацию обеих систем, несмотря на колоссальные различия в скорости деления (часы у клеток против месяцев у полипов), размерах (миллионократная разница) и уровне биологической организации.
Руководитель проекта профессор Сергей Рошаль отметил: "Опираясь на эти универсальные принципы, мы сможем прогнозировать реакцию коралловых рифов на изменение климата и загрязнение морей. Кроме того, эти знания crucial для развития регенеративной медицины и понимания механизмов заживления ран".
Исследование, поддержанное грантом РНФ, открывает новые перспективы в экологическом моделировании и биомедицинских технологиях, демонстрируя единство фундаментальных принципов организации живой материи.
Ранее ученые Ростова разработали технологию, повышающую продовольственную безопасность страны.
Кристина Хорькова
Иллюстрация: sfedu.ruПока что новостей в этом блоке нет
