Ученые обнаружили универсальный закон живой природы

Этот принцип, согласно исследователям, может пролить свет на процессы заживления ран. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Research, как сообщили в пресс-службе Российского научного фонда (РНФ).

Изучение эпителиальных тканей, из которых сформированы кожа, оболочки органов и другие ткани, показывает, что их клетки тесно прилегают друг к другу, образуя многоугольные формы. Ранее было установлено, что клетки в здоровых эпителиях различных организмов располагаются в соответствии с определенным энергоэффективным принципом, имея определенное количество граней и соседей.

Это открытие представляет собой значимый шаг в понимании внутренней организации живых тканей и может привести к новым методам лечения и регенерации тканей в медицине. Подробное изучение этого универсального принципа может также привести к разработке инновационных материалов и технологий, вдохновленных природными процессами.

Исследователи из Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) и Университета Монпелье (Франция) провели сравнение клеточной структуры эпителия с расположением отдельных полипов в колониях кораллов. Они задались вопросом о том, сохраняется ли принцип организации клеток и организмов на более высоких уровнях сложности, таких как кораллы, состоящие из тысяч мелких организмов — полипов.

Для исследования расположения клеток эпителия взяли шейку матки человека и почку обезьяны. С помощью конфокального микроскопа, который обеспечивает высокое пространственное разрешение, ученые смогли получить контрастные изображения тканей и точно изучить их структуру.

Результаты исследования показали, что организация клеток эпителия человека и обезьяны схожа с расположением полипов в колониях кораллов. Это говорит о том, что принципы организации клеток и организмов могут сохраняться на разных уровнях биологической сложности.

Исследование колоний кораллов из семейств Faviidae, Merulinidae и Montastraeidae с использованием микрокомпьютерной томографии позволило получить обширный набор цифровых снимков. Каждый полип был проанализирован на предмет количества соседей и занимаемой им площади. Эти данные позволили ученым выявить интересные закономерности в структуре колоний кораллов.

Оказалось, что распределение полипов по количеству соседей в колониях кораллов тесно соотносится с клеточной структурой эпителия. Большинство полипов (от 43 до 51 процента) имели шесть соседей, в то время как 25–27 процентов полипов имели пять соседей. Остальные полипы имели четыре, семь, восемь или девять соседей. Эти результаты говорят о том, что внутренняя организация колоний кораллов имеет определенную структурную упорядоченность, схожую с клеточными архитектурами.

"Очень разные по уровню организации биологические системы используют простой и универсальный физический принцип для построения своей структуры. Это открытие открывает новые перспективы в понимании живых организмов и их взаимодействия с окружающей средой. 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."

Полученная модель может применяться не только в биологии, но и в других областях, где необходимо понять принципы организации структур. 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."

Важно понимать, что полученные знания о механизмах восстановления и развития тканей играют ключевую роль в области регенеративной медицины. Это подчеркивает профессор Сергей Рошаль, руководитель проекта, который получил поддержку от РНФ и работает на кафедре нанотехнологии ЮФУ. Он отмечает, что эти принципы также могут помочь предсказать реакцию коралловых рифов на изменение окружающей среды из-за климатических изменений и загрязнения морей.

Исследователи из ЮФУ сотрудничают с французскими коллегами, используя компьютерную микротомографию для изучения образцов ископаемых кораллов. Это позволяет более глубоко понять, какие факторы влияют на здоровье и выживаемость коралловых сообществ.

Разработка новых методов и технологий в области регенеративной медицины имеет широкие перспективы применения не только в медицине, но и в охране окружающей среды. Понимание процессов восстановления тканей может помочь не только в лечении заболеваний, но и в сохранении уязвимых экосистем, таких как коралловые рифы.

Источник и фото - ria.ru