生命に関する根本的かつ永遠の疑問の 1 つは、生命が誕生するメカニズムに関するものです。人間の発達を考えてみましょう。個々の細胞はどのようにして集まって、皮膚、筋肉、骨、さらには脳、指、背骨などの複雑な構造を形成するのでしょうか?これらの疑問に対する答えは依然として不明ですが、科学的研究の方向性の 1 つは、胚発生、つまり胚細胞が単層から主体軸を備えた多次元構造に発達する段階を理解することにあります。ヒト胚の着床は、受胎後約 14 日後に行われます。
現段階ではヒトの胚を研究することはできないため、カリフォルニア大学サンディエゴ校、英国のダンディー大学、ハーバード大学の研究者らは、現段階ではヒトの胚と多くの類似点があるニワトリの胚における胃の形成を研究することができた。
この研究は、カリフォルニア大学サンディエゴ校の物理学助教授マッティア・セラ氏が理想的なサイクルと呼ぶ、理論科学と実験科学の間の学際的な往復運動を通じて行われた。マティアは、複雑な生物物理システムにおける新たなパターンの発見に興味を持っている理論家です。
予測数学モデルを開発する
ここで、彼と彼のチームは、ダンディー大学の生物学者からのインプットに基づいて数学モデルを構築しました。このモデルは、顕微鏡下で観察されるニワトリ胚の発生の流れ (ニワトリ胚全体にわたる数千の細胞の動き) を正確に予測することができました。自己組織化の数学モデルがニワトリの胚においてこれらの流れを再現することができたのはこれが初めてである。
そこで生物学者たちは、そのモデルが実験からわかったことを再現できるだけでなく、異なる条件下で何が起こるかを予測できるかどうかを確認したいと考えました。 Serra 氏のチームはモデルを「混乱」させました。言い換えれば、初期条件または現在のパラメータを変更しました。
結果は驚くべきものでした。このモデルは、ひよこでは自然には観察されなかったが、他の 2 つの脊椎動物、カエルと魚では観察された細胞流動を生成しました。
これらの結果がモデルの数学的錯覚ではないことを確認するために、生物学の共同研究者らは、実験室のニワトリの胚でモデルの正確な摂動を模倣しました。驚くべきことに、これらの処理されたニワトリの胚は、魚やカエルで自然に観察される胃の形成プロセスも示しました。
影響と今後の研究
Science Advances に掲載されたこの研究結果は、多細胞の自己組織化の背後にある同じ物理的原理が脊椎動物種全体で進化した可能性があることを示唆しています。
「魚、カエル、雛はすべて異なる環境に生息しているため、進化の圧力により、時間の経過とともに胚発生のパラメーターと初期条件が変化した可能性があります」とセラ氏は述べた。 「しかし、少なくとも胚発生の初期段階では、自己組織化の中核原理の一部は3つすべてで同じである可能性があります。」
研究チームは現在、胚レベルの自己組織化パターンを生成する他のメカニズムを研究中です。彼らは、この研究が生体材料の設計と再生医療の開発を促進し、人間がより長く健康的に生きるのに役立つことを期待しています。
「人体は存在する中で最も複雑な動的システムです」と彼は言いました。 「私たちの体については、生物学的、物理的、数学的な興味深い疑問がたくさんあります。それを考えるのは驚くべきことです。私たちが発見できることに終わりはありません。」
コンパイルされたソース: ScitechDaily