마찰보다 더 낯선 것: 생명을 시작하는 힘

도공이 물레를 작동할 때 손과 부드러운 점토 사이의 마찰은 물레를 온갖 형태와 창조물로 만드는 데 도움이 됩니다. 흥미롭게도 멍게 난모세포(미성숙 난세포)는 내부의 다양한 구획 내에서 마찰을 이용하여 수태 후 발달 변화를 겪습니다. 오스트리아 과학기술연구소(ISTA) 하이젠베르크 그룹의 연구는 다음과 같이 발표되었습니다. 자연물리학이제 이것이 어떻게 작동하는지 설명합니다.

바다는 매혹적인 생명체로 가득 차 있습니다. 해조류와 다채로운 물고기부터 바다 달팽이와 멍게까지, 물 속에서는 전혀 다른 세계가 모습을 드러냅니다. 특히 멍게나 멍게는 매우 특이합니다. 자유롭게 움직이는 유충 단계 후에 유충은 자리를 잡고 바위나 산호와 같은 단단한 표면에 부착하고 정의 특징인 관(흡수관)을 발달시킵니다. 성체가 되면 고무 같은 덩어리처럼 보이지만 인간과 가장 가까운 친척인 무척추동물입니다. 특히 유충 단계에서는 멍게는 놀라울 정도로 우리와 유사하다.

따라서 호두는 인간이 속한 척추동물의 초기 배아 발달을 연구하기 위한 모델 유기체로 자주 사용됩니다. “아시디안은 척추동물의 기본적인 발달 및 형태학적 특징을 나타내면서도 무척추동물의 전형적인 세포 및 게놈 단순성을 가지고 있습니다”라고 오스트리아 과학 기술 연구소(ISTA)의 교수인 칼-필립 하이젠베르크(Carl-Philipp Heisenberg)는 설명합니다. “특히 ascidian 유충은 초기 척추동물 발달을 이해하는 데 이상적인 모델입니다.”

그의 연구 그룹의 최신 연구는 다음과 같이 출판되었습니다. 자연물리학, 이제 개발에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 연구 결과는 아시디언 난모세포의 수정 시 마찰력이 내부를 재형성하고 재구성하는 데 중요한 역할을 하며 발달 단계의 다음 단계를 예고한다는 것을 시사합니다.

난모세포 형질전환 디코딩

난모세포는 생식에 관여하는 여성 생식세포입니다. 남성 정자와 성공적으로 수정된 후 동물 난모세포는 일반적으로 세포질 재구성을 거쳐 세포 내용물과 구성 요소를 변경합니다. 이 과정은 배아의 후속 발달을 위한 청사진을 설정합니다. 예를 들어, ascidians의 경우 이러한 재편성은 수축 극(CP)으로 알려진 종 모양의 돌출부(약간의 융기 또는 코 모양)의 형성으로 이어지며, 여기에는 배아의 성숙을 촉진하는 필수 물질이 모입니다. 그러나 이 프로세스를 구동하는 기본 메커니즘은 알려져 있지 않습니다.

ISTA, Université de Paris Cité, CNRS, King’s College London, Sorbonne Université의 과학자 그룹이 그 미스터리를 해독하기 시작했습니다. 이러한 노력을 위해 하이젠베르크 그룹은 프랑스 로스코프 해양 기지에서 성체 아시디안을 수입했습니다. 거의 모든 멍게는 수컷과 암컷의 생식 세포를 모두 생산하므로 자웅동체입니다. “실험실에서는 초기 배아 발달을 연구하기 위해 난자와 정자를 얻기 위해 종에 적합한 방식으로 바닷물 탱크에 보관합니다.”라고 이 연구의 제1저자이자 하이젠베르크 연구실의 이전 박사 과정 학생인 Silvia Caballero-Mancebo는 말합니다. .

과학자들은 수정된 아시디언 난모세포를 현미경으로 분석한 결과 수축극 형성으로 이어지는 세포 모양의 매우 재현 가능한 변화를 따르고 있음을 깨달았습니다. 연구진의 첫 번째 조사는 동물 세포의 세포막 아래에서 발견되는 동적 구조인 액토미오신(세포) 피질에 초점을 맞췄습니다. 액틴 필라멘트와 운동 단백질로 구성되어 있으며 일반적으로 세포의 모양 변화를 촉진하는 역할을 합니다.

“우리는 세포가 수정될 때 액토미오신 피질의 장력이 증가하면 세포가 수축되어 세포의 움직임(흐름)이 발생하고 그 결과 세포 모양의 초기 변화가 발생한다는 사실을 발견했습니다.”라고 Caballero-Mancebo는 계속 말했습니다. 그러나 액토미오신의 흐름은 수축 극이 확장되는 동안 중단되어 범프를 담당하는 추가 플레이어가 있음을 시사합니다.

마찰력은 셀 재형성에 영향을 미칩니다.

과학자들은 수축 극의 확장에 역할을 할 수 있는 다른 세포 구성 요소를 자세히 관찰했습니다. 그렇게 함으로써 그들은 ascidian 난세포의 하부 영역에 위치한 세포내 소기관과 분자(관련 형태는 많은 척추동물과 무척추동물 알에서 발견됨)로 구성된 층인 근세포를 발견했습니다. Caballero-Mancebo는 “이 특정 층은 신축성 있는 고체처럼 행동합니다. 수정 중에 난모세포와 함께 모양이 변합니다.”라고 설명합니다.

액토미오신 피질 흐름 동안 근질은 두 구성 요소 사이에 설정된 마찰력으로 인해 접히고 많은 버클을 형성합니다. 액토미오신의 움직임이 멈추면 마찰력도 사라집니다. Caballero-Mancebo는 “이러한 중단은 결국 다발성 근질 버클이 잘 정의된 종 모양의 범프로 해결됨에 따라 수축 극의 확장으로 이어진다”고 덧붙였습니다.

이 연구는 기계적 힘이 세포와 유기체의 형태를 어떻게 결정하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 이는 마찰력이 진화하는 유기체를 형성하고 형성하는 데 중추적이라는 것을 보여줍니다. 그러나 과학자들은 배아 발달에서 마찰의 구체적인 역할을 이해하기 시작하는 단계에 불과합니다. Heisenberg는 다음과 같이 덧붙였습니다. “근질은 또한 ascidians의 다른 배아 과정에도 관여하기 때문에 매우 흥미롭습니다. 특이한 물질적 특성을 탐구하고 멍게 형성에 어떤 역할을 하는지 파악하는 것은 매우 흥미로울 것입니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240109121139.htm