Jedno od najtrajnijih, osnovnih životnih pitanja je: Kako se to dešava? Na primer, u ljudskom razvoju, kako se ćelije samoorganizuju u kožu, mišiće ili kosti? Kako formiraju mozak, prst, kičmu?
Iako odgovori na takva pitanja ostaju nepoznati, jedna linija naučnog istraživanja leži u razumevanju gastrulacije – faze u kojoj se ćelije embriona razvijaju od jednog sloja do višedimenzionalne strukture sa glavnom osovinom tela. Kod ljudi, gastrulacija se dešava oko 14 dana nakon začeća.
U ovoj fazi nije moguće proučavati ljudske embrione, tako da su istraživači sa Kalifornijskog univerziteta u San Dijegu, Univerziteta Dandi (Velika Britanija) i Univerziteta Harvard mogli da proučavaju gastrulaciju u pilećim embrionima, koji u ovoj fazi imaju mnogo sličnosti sa ljudskim embrionima. .
Ovo istraživanje je sprovedeno kroz ono što docent fizike UC San Diego Mattia Serra naziva idealnom petljom: interdisciplinarna, napredna kombinacija teorijske i eksperimentalne nauke. Matija je teoretičar zainteresovan za pronalaženje novih obrazaca u složenim biofizičkim sistemima.
Ovde su on i njegov tim izgradili matematički model zasnovan na inputima biologa sa Univerziteta Dandi. Model je bio u stanju da precizno predvidi tokove gastrulacije – kretanje desetina hiljada ćelija u celom pilećem embrionu – posmatrano pod mikroskopom. Ovo je prvi put da je samoorganizovani matematički model uspeo da reprodukuje ove tokove u pilećim embrionima.
Biolozi su tada želeli da vide da li model ne može samo da ponovi ono što su eksperimentalno znali da je istina, već i da predvidi šta bi se moglo dogoditi pod različitim uslovima. Serin tim je „poremetio“ model — drugim rečima, promenio početne uslove ili sadašnje parametre.
Rezultati su bili iznenađujući: model je stvorio ćelijske tokove koji nisu uočeni prirodno kod pilića, ali su primećeni kod dve druge vrste kičmenjaka — žabe i ribe.
Da bi se osiguralo da ovi rezultati nisu matematička fantazija modela, saradnici u biologiji su oponašali tačne perturbacije modela u laboratoriji na pilećem embrionu. Zapanjujuće je da su ovi manipulisani pileći embrioni takođe pokazali tokove gastrulacije koji se prirodno primećuju kod riba i žaba.
Ovi nalazi, objavljeni u Science Advances, sugerišu da su isti fizički principi iza višećelijske samoorganizacije možda evoluirali među vrstama kičmenjaka.
„Ribe, žabe i pilići žive u različitim sredinama, tako da je tokom vremena evolucioni pritisak možda promenio parametre i početne uslove razvoja embriona“, rekao je Sera. „Ali neki od osnovnih principa samoorganizovanja, barem u ovoj ranoj fazi gastrulacije, mogu biti isti u sva tri.“
Serra i njegovi saradnici sada proučavaju druge mehanizme koji dovode do obrazaca samoorganizovanja na nivou embriona. Nadaju se da bi ovo istraživanje moglo unaprediti dizajn biomaterijala i regenerativnu medicinu kako bi pomogli ljudima da žive duže i zdravije.
Ljudsko telo je najsloženiji dinamički sistem koji postoji“, naveo je on. „Postoji toliko zanimljivih bioloških, fizičkih i matematičkih pitanja o našim telima—prelepo je razmišljati. Nema kraja otkrićima do kojih možemo doći.“
