Πώς καθορίζεται η θέση των θυλάκων των τριχών
Οι θύλακες των τριχών αρχίζουν να αναπτύσσονται πριν από τη γέννηση, μέσα από ειδικές εμβρυϊκές δομές που ονομάζονται πλακώδια. Αντίστοιχες δομές συμμετέχουν επίσης στον σχηματισμό των φτερών και των περισσότερων τύπων λεπιών.
Παρότι η διάταξη αυτών των δομών διαφέρει σημαντικά ανάμεσα στα είδη, οι επιστήμονες προσπαθούν εδώ και χρόνια να κατανοήσουν πώς οι αναπτυσσόμενοι ιστοί καταφέρνουν να δημιουργούν τόσο συγκεκριμένα και οργανωμένα μοτίβα.
Στα εργαστηριακά ποντίκια (Mus musculus), η επικρατέστερη μέχρι σήμερα θεωρία είναι το μοντέλο της διαδοχικής επαγωγής και επέκτασης (expansion-induction model).
Σύμφωνα με αυτή την εξήγηση, κάθε πλακώδιο που σχηματίζεται απελευθερώνει ένα μόριο με ανασταλτική δράση. Η ουσία αυτή εμποδίζει προσωρινά τη δημιουργία νέων πλακωδίων σε κοντινές περιοχές.
Καθώς το δέρμα μεγαλώνει και επεκτείνεται, ορισμένα σημεία απομακρύνονται από την επίδραση του ανασταλτικού μορίου. Έτσι, δημιουργούνται οι κατάλληλες συνθήκες για να αναπτυχθούν νέα πλακώδια στα κενά ανάμεσα στις ήδη υπάρχουσες δομές.
Το συγκεκριμένο μοντέλο μπορεί να εξηγήσει τα μοτίβα ανάπτυξης που παρατηρούνται στα εργαστηριακά ποντίκια. Ωστόσο, δεν έχει αποδειχθεί ότι ο ίδιος μηχανισμός ισχύει και για την οργάνωση των θυλάκων σε όλα τα υπόλοιπα θηλαστικά.
Ένας διαφορετικός μηχανισμός που βασίζεται στα χημικά σήματα
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής την Αθανασία Τζίκα (Athanasia Tzika), ανώτερη λέκτορα, και τον καθηγητή Michel Milinkovitch από το Τμήμα Γενετικής και Εξέλιξης του Πανεπιστημίου της Γενεύης, εξέτασε μια διαφορετική πιθανή εξήγηση: τη χημειοταξία.
Πρόκειται για μια βιολογική διαδικασία κατά την οποία τα κύτταρα μετακινούνται ανάλογα με τις διαφορές στη συγκέντρωση συγκεκριμένων χημικών ουσιών. Ένα γνωστό παράδειγμα είναι η μετακίνηση των λευκών αιμοσφαιρίων προς περιοχές του οργανισμού όπου υπάρχει φλεγμονή.
Με βάση αυτόν τον μηχανισμό, οι επιστήμονες δημιούργησαν ένα μαθηματικό μοντέλο στο οποίο κινητά κύτταρα του χορίου, δηλαδή του εσωτερικού στρώματος του δέρματος, αντιδρούν σε ένα χημικό σήμα που παράγεται από την επιδερμίδα, την εξωτερική στιβάδα του δέρματος.
Κατά την ανάπτυξη του εμβρυϊκού δέρματος, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κυττάρων και των χημικών ουσιών οδηγούν σταδιακά στη δημιουργία πλακωδίων. Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι η διαδικασία αυτή μπορεί να παράγει μοτίβα που προσεγγίζουν σε μεγάλο βαθμό εκείνα που έχουν καταγραφεί στα εργαστηριακά ποντίκια.
Όπως εξηγούν οι ερευνητές Muhamet Ibrahimi και Ebrahim Jahanbakhsh, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι δεν είναι απαραίτητος ένας σύνθετος μηχανισμός που να καθορίζει ξεχωριστά τη θέση κάθε νέου πλακωδίου. Αντίθετα, οι συγκεκριμένες δομές μπορούν να προκύπτουν αυθόρμητα μέσα από τις τοπικές αλληλεπιδράσεις των κυττάρων με τα χημικά σήματα.
Η δοκιμή του μοντέλου σε ένα διαφορετικό είδος θηλαστικού
Για να εξετάσουν εάν η θεωρία τους μπορεί να εξηγήσει και διαφορετικές μορφές τριχοφυΐας, οι ερευνητές στράφηκαν στον ακανθόμυ (Acomys dimidiatus), ένα είδος τρωκτικού που παρουσιάζει ιδιαίτερα τακτοποιημένη διάταξη των θυλάκων των τριχών.
Σε αντίθεση με όσα παρατηρούνται στα συνηθισμένα εργαστηριακά ποντίκια, η συγκεκριμένη οργάνωση δεν μπορεί να ερμηνευθεί με βάση το παραδοσιακό μοντέλο της διαδοχικής επαγωγής και επέκτασης.
Η ομάδα αξιοποίησε πειραματικά δεδομένα από τρισδιάστατες απεικονίσεις εμβρυϊκού δέρματος και προσάρμοσε το μαθηματικό μοντέλο, λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιαίτερες βιοχημικές ιδιότητες και τον τρόπο ανάπτυξης του δέρματος του ακανθόμυ.
Τα αποτελέσματα ήταν ιδιαίτερα ενδιαφέροντα, καθώς ο μηχανισμός της χημειοταξίας κατάφερε να αναπαραγάγει και τη χαρακτηριστική διάταξη των θυλάκων του συγκεκριμένου είδους.
Οι προσομοιώσεις υποδεικνύουν ότι η μεγάλη ποικιλία στα μοτίβα τριχοφυΐας των θηλαστικών μπορεί να οφείλεται σε μια κοινή διαδικασία αυτοοργάνωσης. Η κυτταρική μετακίνηση και η ανταλλαγή χημικών σημάτων φαίνεται να αποτελούν βασικά στοιχεία αυτής της διαδικασίας, ενώ οι διαφορές μεταξύ των ειδών προκύπτουν από τον τρόπο με τον οποίο εξελίσσονται οι συγκεκριμένες αλληλεπιδράσεις.
Τι σημαίνουν τα νέα ευρήματα για την επιστήμη
Η έρευνα προσφέρει μια πιθανή εναλλακτική εξήγηση για τον τρόπο με τον οποίο οργανώνονται οι θύλακες των τριχών κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη. Ωστόσο, οι επιστήμονες επισημαίνουν ότι η επιτυχής αναπαραγωγή των μοτίβων μέσω μαθηματικών προσομοιώσεων δεν αποδεικνύει από μόνη της ότι η χημειοταξία αποτελεί πράγματι τον μηχανισμό που λειτουργεί στους ζωντανούς ιστούς.
Παρά τον περιορισμό αυτό, τα αποτελέσματα αναδεικνύουν τη σημασία των απλών κυτταρικών αλληλεπιδράσεων στη δημιουργία σύνθετων δομών.
Όπως επισημαίνει η Αθανασία Τζίκα, η έρευνα δείχνει ότι η εντυπωσιακή ποικιλομορφία στην αρχιτεκτονική των ιστών μπορεί να προκύπτει μέσα από μια κοινή διαδικασία αυτοοργάνωσης. Οι διαφορετικές μορφές που εμφανίζονται στα είδη ενδέχεται, επομένως, να αποτελούν αποτέλεσμα μικρών διαφοροποιήσεων στον τρόπο με τον οποίο τα κύτταρα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και ανταποκρίνονται στα χημικά σήματα.
