Cenevre Üniversitesi’ndeki (UNIGE) araştırmacılar, bu biyolojik gizemi açıklamaya yardımcı olabilecek şaşırtıcı derecede basit bir süreç belirlediler. Ekip, hücrelerin kimyasal sinyallere nasıl tepki verdiğini inceleyerek, iki memeli türünde kıl folikülü desenlerinin oluşumunu başarıyla yeniden yaratan bir model geliştirdi. PNAS’ta yayınlanan bulguları, karmaşık biyolojik yapıların komşu hücreler arasındaki temel etkileşimlerden doğal olarak ortaya çıkabileceğini öne sürüyor.

Bu keşif, doğadaki çok daha geniş bir olguyu açıklamaya yardımcı olabilir. Saç, tüy ve çoğu pul türü, embriyonik gelişim sırasında ortaya çıkan plakod adı verilen küçük yapılardan başlar. Bilim insanları, bu erken yapıların farklı hayvan türlerinde görülen kendine özgü düzenlemeleri nasıl oluşturduğunu araştırmak için on yıllarını harcadılar.

Saç Büyümesiyle İlgili Uzun Süredir Kabul Gören Bir Teoriye Meydan Okumak

Laboratuvar fareleri ( Mus musculus ) için önde gelen açıklama geleneksel olarak genişleme-indüksiyon modeli olmuştur. Bu teori, yeni bir plakod ortaya çıktığında, ek plakodların kendisine çok yakın bir yerde gelişmesini engelleyen bir kimyasal salgıladığını öne sürer.

Embriyonun derisi büyüyüp gerildikçe, bazı bölgeler mevcut plakodlardan yeterince uzaklaşarak kimyasalın etkisinden kurtulur. Daha sonra bu boşluklarda yeni plakodlar gelişebilir ve bu da deride giderek daha eksiksiz bir desen oluşturur.

Bu açıklama yaygın kabul görmüş olsa da, bilim insanları bunun türler arasında bulunan folikül desenlerindeki çeşitliliği açıklayabileceğini deneysel olarak kanıtlayamamıştır.

Saç Folikülü Oluşumu İçin Daha Basit Bir Mekanizma

Başka bir olasılığı araştırmak için, UNIGE Fen Fakültesi Genetik ve Evrim Bölümü’nden kıdemli öğretim üyesi Athanasia Tzika ve profesör Michel Milinkovitch liderliğindeki araştırmacılar, kemotaksis adı verilen bir sürece odaklandılar.

Kemotaksi, hücrelerin kimyasal konsantrasyonlardaki farklılıklara tepki olarak hareket etmesidir. Aynı temel süreç, beyaz kan hücrelerinin iltihaplı bölgelere yönlendirilmesine yardımcı olarak bağışıklık sisteminin ihtiyaç duyulan yerde yanıt vermesini sağlar.

Araştırmacılar, dermisteki hareketli hücrelerin, derinin dış katmanı olan epidermis tarafından salınan çekici bir kimyasal sinyalle nasıl etkileşime girdiğini izleyen bir matematiksel model oluşturdular. Daha sonra, bu etkileşimlerin plakodların kademeli olarak ortaya çıkmasına neden olup olamayacağını görmek için embriyonik derinin büyümesini simüle ettiler.

Şaşırtıcı bir şekilde, model laboratuvar farelerinde gözlemlenen gelişimsel kalıpları yeniden oluşturdu; bu, bilim insanlarının daha önce genişleme-indüksiyon teorisini kullanarak açıkladığı folikül oluşumunun aynı sırasını da içeriyordu. Bu, foliküllerin nerede gelişeceğini belirlemek için karmaşık bir talimat sisteminin gerekli olmayabileceğini düşündürmektedir.

Genetik ve Evrim Bölümü araştırmacıları Muhamet İbrahimi ve İbrahim Jahanbakhsh, “Bulgularımız, gözlemlenen kalıpların her bir plakodun nerede oluşacağını söyleyen karmaşık bir sisteme ihtiyaç duymadığını gösteriyor,” diye açıklıyorlar. “Bunun yerine, plakodlar hücreler ve kimyasal sinyaller arasındaki yerel etkileşimlerden kendiliğinden ortaya çıkıyor.”

Tek Bir Basit İşlemle Farklı Saç Modelleri Oluşturulabilir

Ekip daha sonra aynı mekanizmanın, tüy yapısı çok farklı olan başka bir memelideki folikül düzenini açıklayıp açıklayamayacağını araştırdı.

Tüy foliküllerinin alışılmadık derecede düzenli ve güçlü bir yönsel hizalama ile geliştiği bir kemirgen olan dikenli fareyi ( Acomys dimidiatus ) seçtiler . Bu ayırt edici organizasyon, geleneksel genişleme-indüksiyon modeliyle açıklanamaz.

Araştırmacılar, gelişmekte olan embriyonik derinin üç boyutlu görüntülerinden elde edilen deneysel bilgileri kullanarak, simülasyonlarını dikenli farenin kendine özgü biyokimyasal özelliklerini ve derisinin büyüme şeklini yansıtacak şekilde uyarladılar.

Sonuçlar, hücrelerin kimyasal sinyallere yanıt vermesiyle ilgili aynı temel sürecin, dikenli farenin son derece organize folikül yapısını da yeniden üretebileceğini gösterdi. İki tür arasındaki farklılıklar, tamamen farklı mekanizmalardan ziyade, hücresel etkileşimlerindeki, kimyasal özelliklerindeki ve deri büyümesindeki farklılıklarla açıklanabilir.

Bu bulgular, hayvanlar aleminde bulunan olağanüstü yapı çeşitliliğinin, nispeten basit biyolojik kurallar kümesinin ortak bir sonucu olabileceğini düşündürmektedir. Doğa, hücrelerin çevreleriyle etkileşim ve tepki biçimlerini ayarlayarak, her tür için ayrı bir gelişim planına ihtiyaç duymadan, son derece farklı desenler üretebilir.

Athanasia Tzika, “Çalışmamız, basit hücresel etkileşimlerin evrim boyunca gözlemlenen olağanüstü doku mimarisi çeşitliliğini üretebileceğini öne sürüyor,” diye sonuçlandırıyor. “Bu nedenle, türler arasında gözlemlenen farklılıklar, aynı öz-örgütlenme sürecinden kaynaklanıyor, ancak hücreler ve kimyasal sinyaller arasındaki etkileşimlerde farklılıklar söz konusu.”