NATURE | ملخصات الأبحاث

آلية خلوية حية متوسطة المقياس من حراشف جلدية

L Manukyan et al

Nature (2017) doi:10.1038/nature22031 | Published online | English article

تبرز الأنماط اللونية في جلد الفقاريات، نتيجة للنظم المجهرية الديناميكية اللاخطية للتفاعلات الخلوية. ويستعرض الباحثون كيف يمكن للحراشف الجلدية الشبكية شبه السداسية في السحالي المرقطة أن تؤدي إلى ظهور نمط جلدي على شكل متاهة من اللونين الأخضر والأسود، بدلًا من الخلايا الصبغية الفردية. وقام الباحثون بتحليل متسلسلات زمنية لديناميكيات لون الحراشف في سحلية على مدار أربع سنوات من بدء تَكَوُّنها، وتَبَيَّن أن هذا النمط  ينتج عن آلية خلوية (شبكة من العناصر، تتكرر حالاتها وفقًا لمجموعة من القواعد، تعتمد على حالات عناصر مجاورة)، ويَحْسِب ديناميكيًّا حالات اللون للحراشف الجلدية متوسطة المقياس الفردية؛ لإنتاج النمط اللوني العياني المماثل. وعن طريق عمليات المحاكاة العددية والاشتقاقات الرياضية، تم التحقق من الكيفية التي تنشأ بها آلية "فون نيومان" الخلوية من أحد أنظمة "تورينج" المستمرة للتفاعل والانتشار. إن تَبَايُن سُمك الجلد الناتج عن التشكل الحيوي ثلاثي الأبعاد في حراشف الجلد يتسبب في انفصال ديناميكيات التفاعل والانتشار الأساسية إلى نطاقات حَيِّزِيَّة مكانية مجهرية ومتوسطة المقياس. وهذه النطاقات متوسطة المقياس هي التي تولِّد المشتغِل الآلي الخلوي. وتشير الدراسة إلى أن الآلية الخلوية ليست مجرد نُظُم حسابية مجردة، وإنما يمكنها أيضًا أن تتطابق مباشرة مع العمليات الناتجة عن التطور البيولوجي.

الشكل 1| تطوُّر النمط اللوني في السحالي المرقطة. الصورتان (أ)، و(ب) تُظْهِران تغيُّر نمط اللون بشكل كبير على مدى ثلاث سنوات تقريبًا من الحدث (أ) إلى البالغ (ب). وتُظْهِر الصورة (ب) حيوانًا صغيرًا، له الحيز المكاني نفسه مثل الحيوان الكبير. وتوضح الصور المُقَرَّبة من (ج) إلى (ز) للكائن نفسه، - كما في الصورتين (أ)، و(ب) - التطور الزمني للنمط في أعمار مختلفة. وتُظْهِر الأسهم البرتقالية مثالين للتبديل اللوني بين نقطتين زمنيتين. وتشير الصورتان المقرَّبتان (ح)، و(ط) إلى مبدأ مطابقة الحراشف بين نقاط زمنية، إذ تتم مطابقة إحدى الحراشف مع أقرب حرشفة إليها على نحو عمدي بين النقطتين الزمنيتين (الأسهم البيضاء ذات الرأسين)، ثم تتم مطابقة سائر الحراشف المتجاورة القريبة المتبقية تلقائيًّا باستخدام الحركات الموضوعية والدائرية، ومعاملات قياس تُقَدَّر باستخدام الحراشف التي تمت مطابقتها مسبقًا. وفي الصورة المقربة (ي) تنتشر عملية مطابقة الحراشف تلقائيًّا، إلى أن تصطفّ جميع الحراشف بين النقطتين الزمنيتين. يبلغ حجم وحدات الحراشف في الصورتين (أ)، و(ب) 11 ملم.

الشكل 1| تطوُّر النمط اللوني في السحالي المرقطة. الصورتان (أ)، و(ب) تُظْهِران تغيُّر نمط اللون بشكل كبير على مدى ثلاث سنوات تقريبًا من الحدث (أ) إلى البالغ (ب). وتُظْهِر الصورة (ب) حيوانًا صغيرًا، له الحيز المكاني نفسه مثل الحيوان الكبير. وتوضح الصور المُقَرَّبة من (ج) إلى (ز) للكائن نفسه، - كما في الصورتين (أ)، و(ب) - التطور الزمني للنمط في أعمار مختلفة. وتُظْهِر الأسهم البرتقالية مثالين للتبديل اللوني بين نقطتين زمنيتين. وتشير الصورتان المقرَّبتان (ح)، و(ط) إلى مبدأ مطابقة الحراشف بين نقاط زمنية، إذ تتم مطابقة إحدى الحراشف مع أقرب حرشفة إليها على نحو عمدي بين النقطتين الزمنيتين (الأسهم البيضاء ذات الرأسين)، ثم تتم مطابقة سائر الحراشف المتجاورة القريبة المتبقية تلقائيًّا باستخدام الحركات الموضوعية والدائرية، ومعاملات قياس تُقَدَّر باستخدام الحراشف التي تمت مطابقتها مسبقًا. وفي الصورة المقربة (ي) تنتشر عملية مطابقة الحراشف تلقائيًّا، إلى أن تصطفّ جميع الحراشف بين النقطتين الزمنيتين. يبلغ حجم وحدات الحراشف في الصورتين (أ)، و(ب) 11 ملم.

كبر الصورة