Формы тела животных демонстрируют огромное разнообразие — от морских звёзд до человека. Близкородственные виды, такие как кораллы, медузы и актинии, хотя и принадлежат к одному типу животных, имеют значительные различия в строении тела. Исследовательская группа Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) и Женевского университета в новой работе, опубликованной в журнале «Cell», вводит концепцию «механотипа», раскрывая, как изменения механических свойств тканей определяют морфологическое разнообразие. Это открытие даёт физическую основу для понимания эволюции форм тела.
Традиционные исследования фокусируются на генетике, но гены не могут полностью объяснить, как ткани изгибаются и растягиваются, формируя тело, — процесс, известный как морфогенез. Иссам Икми, руководитель группы EMBL в Гейдельберге, отмечает: «Сравнительная геномика может выявить генетические различия, но гены не говорят о том, как разворачивается морфогенез. Даже имея геном, всё ещё трудно предсказать конечную форму».
Команда, опираясь на механическую биологию, считает, что морфогенез управляется силами, генерируемыми коллективно внутри тканей, и это может быть тот уровень, на котором возникают различия в форме между видами. Икми объясняет: «Ключ в том, что клетки работают совместно как ткань, создавая силы и механические ограничения. Если это уровень, на котором работает морфогенез, то это может быть и уровень, на котором в эволюции появляется морфологическое разнообразие». В качестве модельных организмов использовались стрекающие (Cnidaria), включая кораллы, медуз и актиний, из-за их разнообразия форм и относительно простого строения.
Гийом Сальбрюк из Женевского университета и его команда предоставили теоретическую физическую и математическую поддержку. Сальбрюк говорит: «С точки зрения физики, возникающие свойства сложных систем можно понять с помощью моделей, содержащих всего несколько ключевых параметров». На основе экспериментов с шестью видами стрекающих команда предложила три «механических модуля», комбинация которых объясняет такие характеристики формы, как удлинение и полярность. Удлинение относится к степени вытянутости тела, а полярность описывает его асимметрию. Изменяя значения этих модулей, можно предсказывать различные формы, создавая уникальный «механотип» для вида. Икми добавляет: «Механические изменения происходят из молекулярных изменений, но механотип — это то место, где эта информация позволяет предсказать форму. Мы считаем, что эволюция действует на эти модули, порождая новые формы».
Чтобы проверить роль механотипа, учёные провели эксперименты с актинией Nematostella. Генетически изменяя факторы, влияющие на механические модули, они добились превращения личинки из вытянутой в округлую. Изменение полярности потребовало нарушения нескольких модулей, что привело к форме, напоминающей другой вид — Aiptasia. Эти эксперименты по перестройке формы показали, что механотип и модель активной поверхности могут количественно предсказывать и управлять морфологией. Николя Куни заявил: «Исследование демонстрирует актуальность решения проблем эволюции морфологии с позиций мезоскопических физических принципов, реализуя идеи Д'Арси Томпсона». Команда планирует расширить исследования на полипоидную стадию стрекающих и включить больше видов.
Данные публикации: Автор: European Molecular Biology Laboratory; Название: «Морские существа раскрывают физику, стоящую за разнообразием форм тела животных»; Опубликовано в: «Cell» (2026).
