Красота в живущем мире поражает поэтов, философов и ученых одинаково. Лауреат Нобелевской премии Кристиан Нусслайн-Фолхард, директор Отдела по Генетике в Институте Макса Планка Биологии Развития, долго очаровывался биологией позади цветных узоров, показанных животными. Ее группа использует данио-рерио в качестве образцового организма, чтобы изучить генетическое основание развития животных.Новое исследование лабораторией Насслейн-Волхарда, изданной в Науке, показывает, что желтые клетки претерпевают разительные изменения в форме клетки, чтобы окрасить образец полосы данио-рерио. «Мы были удивлены наблюдать такие поведения клетки, поскольку они были полностью неожиданны от того, что мы знали о формировании цветного узора», говорит Прэтик Мэхэлвар, первый автор исследования.
Исследование основывается на предыдущей работе из лаборатории, которая была издана в июне в этом году по своей природе Цитобиология (NCB), проследив поведение клетки серебристых и черных клеток. Оба исследования описывают прилежные эксперименты, чтобы раскрыть клеточные события во время формирования рисунка полосы.
Отдельная молодь, несущая флуоресцентно маркированных предшественников клетки пигмента, была изображена каждый день в течение максимум трех недель, чтобы картировать клеточные поведения. Это позволило ученым проследить умножение, миграцию и распространение отдельных клеток и их потомства по всему процессу копирования формирования полосы в проживании и росте животного. «Мы должны были разработать очень нежный способ, чтобы быть в состоянии наблюдать отдельную рыбу неоднократно за длительные периоды времени.
Таким образом, мы использовали современный микроскоп, который позволил нам уменьшать отрицательные воздействия освещения флюоресценции к минимуму», говорит Аджит Сингх, первый автор более раннего исследования NCB.Удивительно, анализ показал, что три типа клетки достигают кожи совершенно другими маршрутами: плюрипотентное население клетки, расположенное в спинной стороне эмбриона, дает начало личиночным желтым клеткам, которые покрывают кожу эмбриона.
Эти клетки начинают умножаться в начале метаморфозы, когда рыбе приблизительно две – три недели. Однако черные и серебристые клетки прибывают из маленького набора стволовых клеток, связанных с узлами нерва, расположенными близко к спинному мозгу в каждом сегменте. Черные клетки достигают кожи, мигрирующей вдоль сегментальных нервов, чтобы появиться в регионе полосы, тогда как серебристые клетки проходят через продольную расселину, которая отделяет мускулатуру, и затем умножьтесь и распространитесь в коже.
Брижитт Вальдериш, соавтор научной работы, который выполнил клеточную трансплантацию, чтобы проследить происхождение желтых клеток, объясняет: «Моя попытка состояла в том, чтобы создать маленькие группы флуоресцентно маркированных клеток в эмбрионе, который мог сопровождаться во время личиночных и юных стадий, чтобы распутать рост и поведение желтых клеток. Мы были удивлены обнаружить, что они делятся и умножаются как дифференцированные клетки, чтобы покрыть кожу рыбы, прежде чем серебристые и черные клетки прибудут, чтобы сформировать полосы».Поразительное наблюдение состоит в том, что и серебристые и желтые клетки в состоянии переключить форму клетки и цвет, в зависимости от их местоположения.
Желтые клетки, компактные, чтобы тесно покрыть плотные серебристые клетки, формирующие легкую полосу, окрашивая его золотым, и приобрести свободную звездообразную форму по черным клеткам полос. Серебристые клетки тонко распространялись по региону полосы, давая ему синий оттенок. Они переключают форму снова на расстоянии в плотную форму, чтобы соединиться, формируя новую легкую полосу. Эти поведения клетки создают серию маяка с переменным огнем и темных полос.
Точное суперположение плотной формы серебристых и желтых клеток в легкой полосе и свободных серебристых и желтых клеток, нанесенных на черные клетки в полосе, вызывает поразительный контраст между золотое-синей окраской образца.Авторы размышляют, что изменения на этих поведениях клетки могли быть приведены в действие в создании большого разнообразия цветных узоров у рыбы. «Эти результаты сообщают нашему образу мыслей о формировании цветного узора у другой рыбы, но также и у животных, которые не доступны для непосредственного наблюдения во время развития, такого как павлины, тигры и зебры», говорит Насслейн-Волхард – задающийся вопросом, как ее кошки получили свои полосы.