الإجراء الصحيح: كيفية الحفاظ على النسب الصحيحة بين أعضاء الجنين النامية

كيف ينمو البشر والحيوانات أطرافًا بالحجم المناسب تمامًا لأجسامهم؟ كيف تحافظ الأجنة النامية على النسب الصحيحة بين الأعضاء التي تنمو تدريجيا؟

كيف ينمو البشر والحيوانات أطرافًا بالحجم المناسب تمامًا لأجسامهم؟ كيف تحافظ الأجنة النامية على النسب الصحيحة بين الأعضاء التي تنمو تدريجيا؟ اتخذ العلماء في معهد وايزمان للعلوم مؤخرًا خطوة مهمة نحو فهم كيفية الحفاظ على الحجم، أي كيف تتمكن أنماط النمو المختلفة من الحفاظ على التزامن مع الحجم الإجمالي للجنين، أو لكائن حي ينمو ويتطور. في دراسة نشرت مؤخرا في المجلة العلمية علم الأحياء الحالي، نجح بروفيسور نعمة بركاي וالبروفيسور بيني شيلو ويوضح طالب البحث داني بن تسفي من قسم الوراثة الجزيئية أن الحرشف محفوظ في أجنحة ذبابة الفاكهة - المغطاة بشبكة متفرعة ومعقدة من الأوردة. قد تكون النتائج التي توصلوا إليها ذات صلة بالعديد من العمليات التنموية، بما في ذلك تطور الجنين البشري.

وقد عرف العلماء أن الآلية التي تتحكم في اتخاذ شكل الجنين تعتمد على مادة واحدة تنقل هذه الرسائل تسمى المورفوجين. يتم إفراز المورفوجين من عدة خلايا في مركز الجنين النامي، ومن هناك ينبض نحو الخارج، بينما ينخفض ​​تركيزه. وبهذه الطريقة، فإن تركيز المورفوجين هو الذي "يُعلم" الخلايا النامية عن موقعها النسبي والدور الذي ستلعبه في الكائن الحي النامي. ومع ذلك، بما أن المورفوجين يتم إفرازه بمعدل موحد في كل من الكائنات الصغيرة والكبيرة، فإنه لا يمكنه وحده تحديد الحجم. قبل بضع سنوات، تمكن العلماء من العثور على العامل الذي يؤثر على البعد الحجمي. وفي تجربة أجريت على أجنة الضفادع، اكتشفوا مادة تتشكل عند حواف الجنين وتنبض إلى الداخل. وتوزيعها في الخلايا هو الذي يحدد الإشارة التي تستقبلها كل منها، بطريقة تأخذ في الاعتبار أيضًا حجم الجنين.

وفي وقت لاحق، ابتكر العلماء نموذجًا نظريًا، والذي بموجبه تساعد المادة المتكونة عند حواف الجنين - والتي تسمى المادة المتوسعة - في توزيع المورفوجين. ويعمل المورفوجين من جانبه كمادة مثبطة، لأنه يوقف إنتاج المادة المتوسعة في نهاية الجنين. وصف النموذج بدقة كيف يحدد التفاعل بين الموسع والمورفوجين تعديل المقياس في الجنين.
وفي الدراسة الحالية، اختبر العلماء صلاحية النموذج الذي قاموا بإنشائه من خلال سلسلة من التجارب، التي تابعت تطور أجنحة يرقات ذبابة الفاكهة. يعمل مورفوجين يسمى Dpp في مجموعات من الخلايا التي تعتبر نوعًا من "التحضير للأجنحة". إضافة إلى ذلك، أثبتت الدراسات الحديثة أن المادة التي تسمى "البنتاغون" تلعب دورا في تطور شبكة الأوردة في أجنحة الذبابة، مما يثير الشكوك في أنها تعمل كمادة متوسعة.

قام العلماء بجمع يرقات ذبابة الفاكهة بأحجام مختلفة، واستخدموا الأساليب الكمية التي طوروها لقياس توزيع تركيزات المورفوجين. وبعد ذلك منعوا تشكيل "البنتاغون" في الجناح النامي، وأعادوا الاختبار. وأظهرت النتائج أنه في الحالة الأولى، التي تعمل فيها كلتا المادتين بشكل طبيعي، فإن نشاط المورفوجين في تحديد المقياس يتوافق مع توقعات النموذج، وأن هناك ارتباطا بين إشاراته وحجم الجناح. في المقابل، في اليرقات التي لا تحتوي على مضلع خماسي، تم توزيع المورفوجين بالتساوي في جميع الأجنحة التي تم اختبارها، بغض النظر عن حجمها النسبي. وبهذه الطريقة، أثبتوا أن الخماسي هو بالفعل المادة المتوسعة، وأن النموذج القائم على عمل المادة المتوسعة والمواد الكابتة يمكن بالفعل تطبيقه على مخلوقات مختلفة: الضفادع والذباب.

البروفيسور شيلا: "إن جمال هذا البحث هو الطريقة التي ينسج بها النموذج النظري مع علم الأحياء التجريبي. يمنحنا هذا النهج وسيلة جديدة ومبتكرة لدراسة الحفاظ على الحجم، والتي بموجبها، بدلاً من الضياع في تشابك الآليات الجزيئية المعقدة، يمكننا أن نبدأ البحث عن انتظام عالمي بسيط نسبيًا.