Sains

Alga yang bersinar mengungkapkan geometri kehidupan

Volvox. Lingkaran magenta yang terisolasi adalah sel somatik individu, dikelilingi oleh kompartemen hijau, sedangkan lingkaran magenta yang lebih besar adalah spheroids anak perempuan

Para peneliti telah menangkap pandangan jelas pertama dari arsitektur tersembunyi yang membantu membentuk organisme multiseluler sederhana, menunjukkan bagaimana sel bekerja bersama untuk membangun bentuk kehidupan yang kompleks.

Dalam sebuah studi yang diterbitkan dalam jurnal Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional (PNA )tim ilmuwan Inggris dan Jerman mengungkapkan struktur matriks ekstraseluler di Volvox carteri, sejenis ganggang hijau yang sering digunakan untuk mempelajari bagaimana organisme multiseluler berevolusi dari leluhur bersel tunggal.

Matriks ekstraseluler (ECM) adalah bahan seperti perancah yang mengelilingi sel, memberikan dukungan fisik, mempengaruhi bentuk, dan memainkan peran penting dalam pengembangan dan pensinyalan. Ditemukan pada hewan, tumbuhan, jamur dan ganggang, itu juga memainkan peran penting dalam transisi dari kehidupan uniseluler ke multiseluler.

Karena ECM ada di luar sel yang memproduksinya, para ilmuwan percaya itu terbentuk melalui perakitan diri: suatu proses yang masih belum sepenuhnya dipahami, bahkan dalam organisme paling sederhana.

Untuk menyelidiki, para peneliti di University of Bielefeld secara genetik merekayasa strain Volvox di mana protein ECM utama yang disebut pherophorin II dibuat fluoresen sehingga struktur matriks dapat dengan jelas terlihat di bawah mikroskop.

Apa yang mereka lihat adalah jaringan seperti busa yang rumit dari kompartemen bulat yang melilit masing-masing sel Volvox sekitar 2.000 sel somatik, atau non-reproduksi.

Bekerja dengan ahli matematika di University of Cambridge, tim menggunakan pembelajaran mesin untuk mengukur geometri kompartemen ini. Data mengungkapkan pola pertumbuhan stokastik, atau dipengaruhi secara acak yang memiliki kesamaan dengan cara busa berkembang saat terhidrasi.

Bentuk -bentuk ini mengikuti pola statistik yang juga muncul dalam bahan seperti biji -bijian dan emulsi, dan dalam jaringan biologis. Temuan menunjukkan bahwa sementara sel individu menghasilkan protein ECM pada tingkat yang tidak rata, organisme keseluruhan mempertahankan bentuk bulat yang teratur.

Koeksistensi itu – antara perilaku bising pada tingkat sel tunggal dan geometri yang tepat pada tingkat seluruh organisme – menimbulkan pertanyaan baru tentang bagaimana kehidupan multiseluler mengelola untuk membangun bentuk yang andal dari bagian yang tidak dapat diandalkan.

“Hasil kami memberikan informasi kuantitatif yang berkaitan dengan pertanyaan mendasar dalam biologi perkembangan: bagaimana sel membuat struktur eksternal bagi diri mereka sendiri dengan cara yang kuat dan akurat,” kata Profesor Raymond E. Goldstein dari Departemen Matematika Terapan Cambridge dan fisika teoretis, yang ikut memimpin penelitian. “Ini juga menunjukkan hasil yang menarik yang dapat kita capai ketika ahli biologi, fisikawan, dan matematikawan bekerja sama dalam memahami misteri kehidupan.”

“Dengan melacak protein struktural tunggal, kami mendapatkan wawasan tentang prinsip-prinsip di balik pengorganisasian diri matriks ekstraseluler,” kata Profesor Armin Hallmann dari University of Bielefeld, yang ikut memimpin penelitian. “Geometrinya memberi kita pembacaan yang bermakna tentang bagaimana organisme berkembang seiring pertumbuhannya.”

Penelitian ini dilakukan oleh para peneliti postdoctoral Dr Benjamin von der Heyde dan Dr Eva Laura von der Heyde dan Hallmann di Bielefeld, bekerja dengan kandidat PhD Cambridge Anand Srinivasan, Postdoctoral Researcher dari Cambridge Kumar Birwa, Senior Research Riset Dr Steph Höhn dan Goldstor Matematika dan Fisika Teoritis.

Raymond Goldstein adalah anggota Churchill College, Cambridge.

Referensi:
B. von der Heyde, A. Srinivasan et al. 'Distribusi spatiotemporal dari glikoprotein pherophorin II mengungkapkan geometri stokastik dari ECM yang tumbuh dari Volvox carteri,' Prosiding National Academy of Science (2025). Doi: 10.1073/pnas.2425759122

Source

Related Articles

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Back to top button