Ученые обнаружили универсальный закон живой природы

Ученые из России и Франции обнаружили универсальный принцип, который объясняет, как организованы живые ткани — от кожи до кораллов. По мнению авторов, это поможет лучше понять механизмы заживления ран. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Research, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда (РНФ).

Эпителиальные ткани, из которых состоят кожа, оболочки кишечника и других органов, образованы плотно прилегающими друг к другу клетками, по форме напоминающими многоугольники. Ранее было доказано, что клетки в здоровых эпителиях различных видов животных и растений располагаются по единому энергоэффективному принципу, имея определенное количество граней и соседей.

Однако оставалось неизвестным, сохраняется ли этот принцип у более высокоорганизованных структур, например кораллов, состоящих из тысяч мелких организмов — полипов.

Специалисты Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) и Университета Монпелье (Франция) сравнили клеточную структуру эпителия с расположением отдельных полипов в колониях кораллов.

Ученые исследовали расположение клеток эпителия шейки матки человека и почки обезьяны с помощью камеры в конфокальном микроскопе — приборе, позволяющем получать контрастные изображения тканей с высоким пространственным разрешением. С помощью микрокомпьютерной томографии были получены тысячи цифровых снимков колоний кораллов из семейств Faviidae, Merulinidae и Montastraeidae. Для каждого полипа исследователи определили количество его ближайших соседей и площадь, которую он занимает.

Оказалось, что распределение полипов по количеству соседей у всех исследованных кораллов практически идеально совпадает с клетками в эпителиях. Так, большинство (43–51 процентов) структурных элементов имели шесть соседей, 25–27 процентов — пять, и еще меньше — четыре, семь, восемь или девять соседей.

Сходство в морфологии монослоев эпителия и срезов кораллов. (а) Фрагмент слоя эпителия. (b) Срез коралла Montastrea sp. (с) Срез коралла Dipsastraea favus. (d) Срез коралла Favites abdita

Ученые разработали компьютерную модель, которая объяснила такое распределение. Согласно ей, и клетки, и полипы ведут себя как частицы, которые отталкиваются друг от друга, если находятся слишком близко и перестают взаимодействовать на большом расстоянии.

По словам авторов исследования, разработанная модель может быть полезна для понимания механизмов развития тканей и заживления ран, а также для экологической оценки состояния коралловых рифов и в биомедицине.

"Очень разные по уровню организации биологические системы используют простой и универсальный физический принцип для построения своей структуры. Полученные знания важны, чтобы понимать механизмы восстановления и развития тканей в рамках направления регенеративной медицины", — рассказал руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, профессор кафедры нанотехнологии ЮФУ Сергей Рошаль, слова которого приводятся в сообщении.

По его словам, опираясь на эти принципы, можно также прогнозировать, как коралловые рифы, находящиеся под угрозой из-за изменения климата и загрязнения морей, будут реагировать на трансформацию окружающей среды. Сейчас французские коллеги ученых ЮФУ с помощью компьютерной микротомографии изучают образцы ископаемых кораллов.