Команда испанских ученых в содружестве с китайскими выяснила, как формируется структура жужжалец – небольшого органа, необходимого мухе для полета. Расположенный позади основных крыльев, жужжальца выполняют роль биологического гироскопа, помогая насекомому оставаться стабильным в воздухе.
Работа показывает, что, вопреки прежним представлениям, жужжальца не являются полой структурой. Вместо этого их поверхности соединены сложной клеточной системой, стабилизирующей его округлую форму.
"Конструкция представляет собой систему стабилизации, похожую на архитектурные опоры: без внутренних связей жужжальца вытягивается и деформируется, подобно палатке без растяжек", – объясняет Хосе Карлос Пастор Пареха, руководитель исследования.
В процессе метаморфоза – превращения личинки во взрослую особь – крылья и жужжальца развиваются из тонкого слоя клеток. В случае жужжалец команда обнаружила, что сначала разрушается богатый коллагеном внеклеточный матрикс, разделяющий поверхности органа.
Это разрушение позволяет сформировать клеточные выступы, соединяющие обе поверхности посредством матрикса, содержащего ламинин, формируя внутренний каркас.
Эти связи работают как биологические тензоры, противодействующие силам, которые могли бы деформировать орган. Когда эта система выходит из строя, что было замечено на генетически измененных моделях плодовой мушки (Drosophila melanogaster), жужжальца теряют округлую форму, необходимую для его функционирования.
Исследование также показывает, что жужжальца постоянно находится под натяжением: одна сила тянет его за основание, а другая прикрепляет к внешней кутикуле насекомого. Внутренняя тензорная система уравновешивает эти силы, поддерживая геометрию органа.
Для наблюдения за этими эффектами группа использовала передовые методы электронной микроскопии и визуализации в реальном времени во время метаморфоза мух.
"Мы наблюдали клеточные выступы, стабилизирующие округлую форму жужжальца, противодействуя деформирующим силам, – говорит Пастор Пареха. – Когда мы удалили поддерживающую структуру в мутантных моделях, орган утратил функциональную геометрию".
Использование мутантных моделей и анализ внеклеточного матрикса сыграли важную роль в раскрытии механизма, объединяющего деградацию коллагена, клеточную адгезию и внутренние тензоры, укрепляющие структуру изнутри.
Результаты выходят за рамки конкретного случая плодовой мушки, предлагая понимание того, как органы приобретают форму у животных, что является важным вопросом в биологии развития. Кроме того, они могут вдохновить на новые подходы в тканевой инженерии и проектировании биомиметических структур.
Результаты исследования опубликовано в журнале Current Biology.
Изображение: phys.org
