На первый взгляд, цветущий бутон — воплощение симметрии и порядка. Но новое исследование ученых из Корнелла (США), опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что за этой безупречной формой скрывается хаос. Генетическая активность в клетках далека от слаженной работы оркестра — скорее, это джазовая импровизация, где каждая клетка «играет» по-своему.
Биологи изучали кресс-салат Таля (Arabidopsis thaliana) — модельное растение, которое часто используют для понимания механизмов роста и развития. Особое внимание они уделили гормону ауксину, который управляет формированием цветка. Ученые при помощи флуоресцентных маркеров отслеживали, как гены, чувствительные к ауксину, включаются в отдельных клетках. И обнаружили, что даже при одинаковом сигнале гены активируются по-разному. В одних клетках — яркий отклик, в других — тишина.
На первый взгляд, это должно бы мешать организму формировать четкие структуры, такие как четыре чашелистика, окружающие бутон. Однако растение неизменно воспроизводит их с поразительной точностью. Как? Вместо того, чтобы полагаться на поведение каждой отдельной клетки, оно «усредняет» сигналы на уровне клеточной группы. Так появляется стабильный коллективный ответ, способный подавлять внутренний шум. Этот процесс называется пространственным усреднением. Он позволяет растению не просто справляться со случайностями на молекулярном уровне, но и использовать их, например, для адаптации к изменениям окружающей среды.
Результаты исследования выходят далеко за рамки ботаники. Понимание механизмов управления генетическим шумом важно для синтетической биологии, где точный контроль над экспрессией генов — ключевая задача. А также для онкологии, поскольку в опухолевых клетках подобная хаотичная активность может способствовать мутациям и эволюции рака.
Это исследование ставит под сомнение устоявшуюся идею о том, что биологическая точность требует жесткого контроля. Иногда природа просто работает с тем, что есть, и делает это удивительно эффективно.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что лепестки роз растут по особому математическому принципу.