Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X
BioSzkolenia
Strona główna Start
Dodatkowy na dole

Dodatkowy na dole

Rola szumu w formowaniu kręgosłupa

Za powstawanie w zarodkach periodycznych struktur, z których rozwijają się m.in. segmenty kręgosłupa, odpowiadają nie geny, lecz proste zjawiska fizyczne i chemiczne. Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN i Centre National de la Recherche Scientifique zaproponowali prosty model teoretyczny opisujący ten proces i zbadali, jak na segmentację wpływa wewnętrzny, termodynamiczny szum układu. Wyniki okazały się sprzeczne z intuicją.

We wczesnej fazie rozwoju zarodków kręgowców w ich mezodermie grzbietowej wykształcają się periodyczne segmenty nazywane somitami. Z czasem przekształcają się one m.in. w kręgi, elementy kręgosłupa. Polsko-francuski zespół z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie i Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) w Paryżu przedstawił prosty model teoretyczny opisujący formowanie podobnych struktur. Analiza własności modelu ujawniła, że w ich powstawaniu zaskakującą rolę odgrywa wewnętrzny szum, obecny w każdym układzie fizycznym.

– Jesteśmy przekonani, że prawa fizyki i chemii mogą tłumaczyć zjawiska biologiczne i ewolucję żywych organizmów – mówi dr hab. Bogdan Nowakowski z IChF PAN. – Z tego powodu spróbowaliśmy teoretycznie odwzorować jeden z elementów rozwoju zarodkowego kręgowców: formowanie się periodycznych struktur w somitogenezie. Zrobiliśmy to rozważając najprostsze schematy reakcji chemicznych, z udziałem zaledwie kilku składników.

W chemii zjawisk dalekich od równowagi znane są widowiskowe reakcje oscylacyjne Biełousowa-Żabotyńskiego (można je zobaczyć na wielu filmach w serwisie YouTube). Reakcje te zachodzą w roztworach wodnych odpowiednich reagentów o różnych stężeniach. Jeśli do roztworu zostanie dodany składnik, który wytrąci układ ze stanu równowagi termodynamicznej, wtedy w cieczy zaczną pojawiać się propagujące fronty chemiczne. Efektem ich istnienia są cykliczne zmiany barwy roztworu. Jeśli reakcja zachodzi w cienkiej warstwie roztworu, np. na szalce Petriego, można obserwować ciągle powstające i rozchodzące się barwne kręgi.

Zaproponowany przez naukowców z IChF PAN i CNRS model jest wyjątkowo prosty. W jego skład wchodzą trzy reakcje chemiczne i cztery substancje, w tym dwie wymuszające stan nierównowagi w badanym układzie. Parametry modelu dobrano w taki sposób, aby reakcje prowadziły do wyraźnych oscylacji stężeń składników roztworu. W ich wyniku w układzie pojawiały się periodyczne, stabilne w czasie struktury, tzw. struktury Turinga.

W naturze formowanie się periodycznych struktur w embrionach przebiega prawdopodobnie w sposób bardziej skomplikowany, być może z udziałem kilkudziesięciu i więcej reakcji. – Nasz model jest pracą czysto teoretyczną, sygnałem pokazującym, że za część zjawisk zachodzących podczas somitogenezy mogą odpowiadać naprawdę proste mechanizmy – podkreśla Nowakowski.

Dysponując modelem teoretycznym odzwierciedlającym dynamikę zjawiska obserwowanego w rozwoju zarodków, polsko-francuski zespół mógł sprawdzić wpływ wewnętrznego szumu na opisywany proces. W naturze szum jest konsekwencją cząsteczkowej budowy materii, nieuniknionym, stochastycznym efektem występującym w każdym układzie fizycznym. Do modelu teoretycznego szum trzeba jednak wprowadzić. Teoretycy mogą więc dokonać rzeczy nieosiągalnej dla eksperymentatorów: porównać układ nieistniejący w przyrodzie, bez szumu, z układem z szumem – i ocenić, jak fluktuacje termodynamiczne wpływają na proces segmentacji.

– Zazwyczaj zakłada się, że przypadkowy szum zakłóca istniejący porządek. Nasze symulacje dały przeciwny wynik. Po wprowadzeniu szumu do modelu periodyczne struktury zaczęły pojawiać się znacznie szybciej, zaraz po przejściu frontu chemicznego – opisuje Nowakowski. Fluktuacje termodynamiczne okazały się przyspieszać periodyczną organizację przestrzenną i stabilizowały ją w czasie. Co więcej, układ formował struktury łatwiej, w wyraźnie większym zakresie wartości parametrów modelu.

Badania, przeprowadzone w ramach polsko-francuskiego Programu Polonium, opublikowano w czasopiśmie Europhysics Letters.

Źródło: http://ichf.edu.pl/



Tagi: zarodek, rozwój, ewolucja, zmiany, reakcje, szum, lab, laboratorium
Drukuj PDF
wstecz Podziel się ze znajomymi

Informacje dnia: Smog - kilka zasad jak z nim walczyć Stres i ból głowy – jak się uporać? Aerozol z e-papierosów negatywnie wpływa na czynność płuc 16 % polskich internautów odczuwa lęk przed odłączeniem od Internetu Operacje robotyczne stają się światowym standardem Leczenie przeziębień ogólnie mało skuteczne Smog - kilka zasad jak z nim walczyć Stres i ból głowy – jak się uporać? Aerozol z e-papierosów negatywnie wpływa na czynność płuc 16 % polskich internautów odczuwa lęk przed odłączeniem od Internetu Operacje robotyczne stają się światowym standardem Leczenie przeziębień ogólnie mało skuteczne Smog - kilka zasad jak z nim walczyć Stres i ból głowy – jak się uporać? Aerozol z e-papierosów negatywnie wpływa na czynność płuc 16 % polskich internautów odczuwa lęk przed odłączeniem od Internetu Operacje robotyczne stają się światowym standardem Leczenie przeziębień ogólnie mało skuteczne

Partnerzy

GoldenLine Fundacja Kobiety Nauki Job24 Obywatele Nauki NeuroSkoki Portal MaterialyInzynierskie.pl Uni Gdansk MULTITRAIN I MULTITRAIN II Nauki przyrodnicze KOŁO INZYNIERÓW PB ICHF PAN FUNDACJA JWP NEURONAUKA Mlodym Okiem Polski Instytut Rozwoju Biznesu Analityka Nauka w Polsce CITTRU - Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu Akademia PAN Chemia i Biznes Farmacom Świat Chemii Forum Akademickie Biotechnologia     Geodezja Instytut Lotnictwa EuroLab

Szanowny Czytelniku!

 
25 maja 2018 roku zacznie obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r (RODO). Potrzebujemy Twojej zgody na przetwarzanie Twoich danych osobowych przechowywanych w plikach cookies. Poniżej znajdziesz pełny zakres informacji na ten temat.
 
Zgadzam się na przechowywanie na urządzeniu, z którego korzystam tzw. plików cookies oraz na przetwarzanie moich danych osobowych pozostawianych w czasie korzystania przeze mnie ze strony internetowej Laboratoria.net w celach marketingowych, w tym na profilowanie i w celach analitycznych.

Kto będzie administratorem Twoich danych?

Administratorami Twoich danych będziemy my: Portal Laboratoria.net z siedzibą w Krakowie (Grupa INTS ul. Czerwone Maki 55/25 30-392 Kraków).

O jakich danych mówimy?

Chodzi o dane osobowe, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług w tym zapisywanych w plikach cookies.

Dlaczego chcemy przetwarzać Twoje dane?

Przetwarzamy te dane w celach opisanych w polityce prywatności, między innymi aby:

Komu możemy przekazać dane?

Zgodnie z obowiązującym prawem Twoje dane możemy przekazywać podmiotom przetwarzającym je na nasze zlecenie, np. agencjom marketingowym, podwykonawcom naszych usług oraz podmiotom uprawnionym do uzyskania danych na podstawie obowiązującego prawa np. sądom lub organom ścigania – oczywiście tylko gdy wystąpią z żądaniem w oparciu o stosowną podstawę prawną.

Jakie masz prawa w stosunku do Twoich danych?

Masz między innymi prawo do żądania dostępu do danych, sprostowania, usunięcia lub ograniczenia ich przetwarzania. Możesz także wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych, zgłosić sprzeciw oraz skorzystać z innych praw.

Jakie są podstawy prawne przetwarzania Twoich danych?

Każde przetwarzanie Twoich danych musi być oparte na właściwej, zgodnej z obowiązującymi przepisami, podstawie prawnej. Podstawą prawną przetwarzania Twoich danych w celu świadczenia usług, w tym dopasowywania ich do Twoich zainteresowań, analizowania ich i udoskonalania oraz zapewniania ich bezpieczeństwa jest niezbędność do wykonania umów o ich świadczenie (tymi umowami są zazwyczaj regulaminy lub podobne dokumenty dostępne w usługach, z których korzystasz). Taką podstawą prawną dla pomiarów statystycznych i marketingu własnego administratorów jest tzw. uzasadniony interes administratora. Przetwarzanie Twoich danych w celach marketingowych podmiotów trzecich będzie odbywać się na podstawie Twojej dobrowolnej zgody.

Dlatego też proszę zaznacz przycisk "zgadzam się" jeżeli zgadzasz się na przetwarzanie Twoich danych osobowych zbieranych w ramach korzystania przez ze mnie z portalu *Laboratoria.net, udostępnianych zarówno w wersji "desktop", jak i "mobile", w tym także zbieranych w tzw. plikach cookies. Wyrażenie zgody jest dobrowolne i możesz ją w dowolnym momencie wycofać.
 
Więcej w naszej POLITYCE PRYWATNOŚCI
 

Newsletter

Zawsze aktualne informacje