Учёные из Женевского университета (UNIGE) выяснили, что сложные и упорядоченные узоры волосяных фолликулов на коже млекопитающих могут возникать в результате простого механизма клеточной самоорганизации. Результаты исследования, опубликованные в журнале PNAS, ставят под сомнение общепринятую теорию и предполагают, что разнообразие структур в животном мире может подчиняться единым базовым правилам.
Задолго до рождения животного на его коже закладываются места будущих волос. Расположение этих зачатков, или плакод, формирует геометрические узоры, характерные для каждого вида. До сих пор ведущим объяснением этого процесса была модель «расширения-индукции». Согласно ей, появившаяся плакода выделяет химическое вещество, которое подавляет развитие других плакод поблизости. По мере роста и растяжения кожи эмбриона появляются свободные участки, где могут закладываться новые фолликулы.
Швейцарские исследователи предложили более простое объяснение, основанное на хемотаксисе – направленном движении клеток в ответ на химические сигналы. Они создали математическую модель, в которой подвижные клетки внутреннего слоя кожи (дермы) перемещаются к источникам сигнала во внешнем слое (эпидермисе). Моделирование показало, что одно лишь это взаимодействие, помноженное на естественный рост кожи, спонтанно порождает упорядоченные структуры.
Сначала модель успешно воспроизвела последовательность формирования фолликулов у лабораторной мыши, которая ранее служила подтверждением старой теории. Затем учёные проверили её на щетинистой мыши – грызуне с очень регулярным и направленным узором шерсти, который модель «расширения-индукции» объяснить не могла. Скорректировав параметры модели с учётом биохимических особенностей и характера роста кожи этого вида, исследователи смогли точно воспроизвести и его уникальный рисунок.
По словам авторов, это доказывает, что для формирования сложных узоров не требуется отдельный генетический «чертёж» для каждого вида. Разнообразие возникает в рамках одного и того же процесса самоорганизации, но с разными исходными данными – интенсивностью химических сигналов и особенностями клеточных взаимодействий. Этот принцип может лежать в основе формирования не только волос, но и перьев или чешуи, которые также развиваются из плакод.
