Жизнь начинается с завораживающих волн

Исследования показывают, что жизнь начинается с завораживающих волн, проносящихся над микроскопическими телами

В момент зачатия жизни в пространстве возникает сумасшедший вихрь. Это не поэзия и не философия. Это наука.

Сразу после оплодотворения яйцеклетки миллиарды белков начинают двигаться по ее поверхности, создавая головокружительный каскад завихрений. Однако игра этих спиралевидных линий происходит не случайным образом: хотя данное явление, безусловно, выглядит очень красиво, оно прежде всего является фундаментальной частью зарождающегося процесса клеточного деления.

«Яйцеклетка — огромная клетка, и все эти белки должны работать вместе, чтобы найти ее центр, чтобы клетка знала, где ей делиться и складываться, многократно повторяя этот процесс для формирования будущего организма, — говорит физик Никта Фахри (Nikta Fakhri) из Массачусетского технологического института. — Без этих белков, порождающих волны, не было бы деления клеток».

В новом исследовании Фахри и ее коллеги изучили, как выглядят эти вихревые волны вблизи, рассматривая закономерности их распространения на клеточных мембранах яйцеклеток морских звезд (Patiria miniata).

Помимо понимания биологии ооцитов морских звезд, исследователи хотели увидеть, как эти паттерны соотносятся с аналогичными волновыми явлениями в других типах систем — на примерах того, что физики называют топологическими дефектами.

Как объясняют исследователи, подобное турбулентное поведение можно наблюдать как в физической, так и в биологической материи в масштабах, которые простираются от космологических параметров до бесконечно малых величин: от закручивающихся вихрей в планетарных атмосферах до биоэлектрических сигналов в сердце и мозге.

И тем не менее, несмотря на то, что в этих процессах можно обнаружить множество сходных моментов, природа такого тождества все еще остается загадкой.

«Несмотря на существенный прогресс в понимании топологических дефектов и их функциональных последствий, пока неясно, распространяются ли статистические законы, управляющие такими топологическими структурами в классических и квантовых системах на живую материю», — объясняют авторы.

В экспериментах с морскими звездами команда ученых вводила гормон, имитирующий начало оплодотворения в ооцитах. Они наблюдали, как появившиеся волны сигнального белка, называемого Rho-ГТФазой, прокатывают через мембрану в течение нескольких минут, а результаты визуализируются под микроскопом (благодаря помощи флуоресцентных красителей, которые присоединяются к Rho-GTP).

Изменяя концентрацию инициирующего гормона, исследователи смогли наблюдать множество закручивающихся спиралей, которые выделялись по всей поверхности яйцеклетки.

«Таким образом, мы создали калейдоскоп различных паттернов и посмотрели на их результирующую динамику, — сказала Фахри. – До этого нам было не очень много известно о динамике этих поверхностных волн в яйцеклетках, и после того, как мы начали анализировать и моделировать их, мы обнаружили, что те же закономерности проявляются во всех других системах. Это проявление очень универсального волнового узора».

Сделав съемки и проанализировав фазовую скорость в волновых структурах, исследователи пришли к выводу, что самое начало жизни, наблюдаемое в яйцеклетках морских звезд, напоминает динамику, которая отмечается в турбулентности бактерий, в активных нематиках (оптически одноосных жидких кристаллах) и квантовых системах конденсатов Бозе-Эйнштейна.

Если для вас все это звучит слишком узкоспециализированно, то в более поэтических и философских терминах это очень похоже на образ из песни группы «The Killers» — «это ураган, который начал разворачиваться, когда ты был так молод…».

Перевод статьи с сайта sciencealert.com

Темы: Херик