기하학적 역학이 강아지의 코 모양을 만듭니다
개, 흰족제비, 소 등 많은 포유류의 코에는 다각형을 형성하는 홈이 있습니다. 제네바 대학교(UNIGE)의 한 팀은 3D 이미징 기술과 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 이러한 패턴이 배아에서 어떻게 형성되는지 자세히 분석했습니다. 연구원들은 피부 조직 층의 차등적 성장이 돔을 형성하게 하고, 돔은 기저 혈관에 의해 기계적으로 지지된다는 것을 발견했습니다. 이 연구는 혈관과 관련된 다른 생물학적 구조의 형성을 설명하는 데 도움이 될 수 있는 이러한 형태 발생 과정을 처음으로 설명합니다. 이러한 연구 결과는 Current Biology 저널에 게재되었습니다.
살아있는 세계는 놀라운 모양으로 가득 차 있으며, 그 중 일부는 색상 패턴이나 3D 모티프로 식별할 수 있습니다. 예를 들어 얼룩말과 치타는 피부 줄무늬나 반점으로 식별할 수 있으며, 솔방울은 나선형 조직으로 특징지어집니다. 이러한 매혹적인 패턴은 다양한 형태발생 과정, 즉 배아 발달 중에 모양이 생성되는 과정을 통해 생성됩니다.
한편, 자기 조직화 형태 발생은 앨런 튜링의 반응 확산 모델에서 설명한 대로 화학 반응에 의해 매개될 수 있으며, 여기서 화학 물질은 확산되고 상호 작용하여 포유류와 파충류의 피부의 줄무늬나 반점과 같은 비교적 규칙적인 패턴을 만듭니다. 다른 한편, 일부 모양은 기계적 제약의 결과입니다. 예를 들어, 인간 뇌의 꼬임은 차등적 성장 과정에 의해 생성됩니다. 피질은 부착된 더 깊은 층보다 더 빨리 자라기 때문에 주름을 형성합니다.
생명의 다양성
UNIGE 과학부 유전학 및 진화학과 교수인 미셸 밀린코비치의 그룹은 생명의 복잡성과 다양성을 만들어내는 발달 메커니즘의 진화를 조사합니다. '생물에서 아름다운 패턴의 구체적인 예를 찾는 것은 쉽습니다. 우리가 해야 할 일은 주변을 둘러보는 것뿐입니다! 우리의 최신 연구는 다각형 구조의 단일 네트워크를 보이는 개, 흰족제비, 소의 코에 초점을 맞춥니다.' 미셸 밀린코비치가 설명합니다.
실제로 많은 포유류 종의 코의 맨살은 피부의 홈으로 형성된 다각형 네트워크를 특징으로 합니다. 이 홈은 수분을 유지함으로써 코를 축축하게 유지하고, 다른 기능들 중에서도 페로몬과 냄새 분자를 수집하는 것을 용이하게 합니다. 제네바에 있는 팀은 파리-사클레 대학교, 알포르 국립수의학교(EnvA) 및 산 후안 데 알리칸테 신경과학 연구소와 협력하여 개, 소 및 흰족제비 배아에서 코 샘플을 수집했습니다.
코 3D 시각화
이 샘플은 생물학적 구조를 3차원으로 시각화할 수 있는 기술인 '광 시트 형광 현미경'을 사용하여 관찰되었습니다. 연구자들은 세 가지 포유류 종 모두에서 표피(피부의 바깥층)에 다각형 주름 네트워크가 배아 발생 중에 나타나고 진피(피부의 더 깊은 층)에 위치한 단단한 혈관 네트워크 위에 체계적이고 정확하게 중첩된다는 것을 발견했습니다. 또한 표피 세포가 진피 세포보다 더 빨리 증식한다는 것을 관찰했습니다.
혈관은 '건축의 기둥'을 형성합니다
과학자들은 이러한 데이터를 사용하여 수학적 모델을 개발하고 조직 성장에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했습니다. 이 모델은 진피와 표피 사이의 성장 속도 차이, 각각의 강성, 그리고 가장 중요하게는 진피에 혈관이 존재한다는 점을 고려합니다. '저희의 수치 시뮬레이션은 과도한 표피 성장으로 인해 발생하는 기계적 응력이 기저 혈관의 위치에 집중되어 단단한 지지점을 형성한다는 것을 보여줍니다. 그런 다음 표피 층이 바깥쪽으로 밀려서 돔을 형성합니다. 이는 단단한 기둥에 기대어 솟아오른 아치와 유사합니다.' UNIGE 과학부 유전학 및 진화학과의 박사후 연구원이자 이 연구의 첫 번째 저자인 Paule Dagenais가 설명합니다.
이러한 결과는 rhinaria의 경우 표피의 다각형 구조의 위치가 표피 성장 중에 국소적 제약을 가하는 진피의 단단한 혈관의 위치에 의해 부과되어 정확한 위치에 홈과 돔이 형성된다는 것을 보여줍니다. '이것은 우리가 <기계적 위치 정보>라고 부르는 이 메커니즘이 배아 발달 중에 구조가 형성되는 것을 설명하기 위해 설명된 것은 처음입니다. 그러나 우리는 그것이 혈관의 존재와 관련된 다른 생물학적 구조의 형성을 설명하는 데 도움이 될 것이라고 확신합니다.' Michel Milinkovitch는 결론을 내립니다.
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241022153934.htm
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