Kuidas algab elu? Sarnane muster kordub nii elus kui ka elutus looduses, väikses kui ka kosmilises mastaabis
Munaraku viljastumisel hakkavad miljardid valgud selle pinnal virvendades liikuma, vallandades pööriseliste mustrite kaskaadi. See pole mitte lihtsalt kaunis vaatemäng, vaid kriitilise tähtsusega osa rakkude jagunemise protsessi algusjärgust.
„Munarakk on väga suur rakk ning need valgud peavad tegema koostööd, et leida üles selle keskpunkt, et rakk teaks, kuidas organismi moodustamiseks üha uuesti ja uuesti jaguneda ja ennast kokku pakkida,“ selgitas Massachusettsi tehnikainstituudi MIT füüsik Nikta Fakhri. „Kui need valgud laineid ei tekitaks, ei toimuks ka raku jagunemist.“
Teadusajakirjas Nature Physics ilmunud teadustöö raames uurisid Fakhri ja kolleegid, kuidas need pööriselised lained lähedalt vaadates välja näevad, jälgides lainete levikumustreid meritähe Patiria miniata munarakkude membraanidel.
Teadlaseid huvitas, kuidas need mustrid sarnanevad samasuguste laineliste nähtustega teistsugustes süsteemides. Taolist turbulentsuse-laadset liikumist võib täheldada nii füüsikalistes kui ka bioloogilistes substantsides, kosmoloogilistest mastaapidest imetillukesteni — pöörislaine-mustreid võib kohata kõikjal planeetide atmosfääridest südame ja aju bioelektrilise signaalivahetuseni.
Ehkki sarnaseid nähtuseid on palju, jääb saladuseks selle sarnasuse olemus. „Hoolimata suurtest edusammudest, mida on tehtud topoloogiliste defektide ja nende funktsionaalsete järelmite mõistmise vallas, pole seni selge, kas selliseid topoloogilisi struktuure klassikalistes ja kvantsüsteemides suunavad statistilised seaduspärad laienevad ka elusainele,“ selgitasid uurimuse autorid.
Meritähe-eksperimentide raames viisid uurijad viljastumise jäljendamiseks munarakkudesse ehk ootsüütidesse hormoone, mis panid signaalvalgu Rho-GTP rakumembraani pinnal korraga mitme minuti kaupa lainetama. Tänu Rho-GTP külge haakuvatele fluorestseeruvatele värvainetele oli võimalik neid laineid vaadelda ja jäädvustada.
Protsessi käivitavate hormoonide kontsentratsiooni muutmine võimaldas uurijatel vaadelda mitmesuguseid pöörlevaid spiraale, mis levisid üle kogu raku pinna.
„Nende pinnalainete dünaamika kohta munarakkudes polnud eriti palju teada. Kui hakkasime laineid analüüsima ja mudeldama, avastasime, et samad mustrid korduvad kõigis teistes süsteemides. See on äärmiselt universaalne lainemuster,“ selgitas Fakhri.
Pärast lainemustrite levimiskiiruse filmimist ja analüüsimist väidavad teadlased, et elu tekkimine sellisel kujul, nagu nad seda meritähe munarakkudes täheldasid, meenutab nii bakterite turbulentsuses, vedelkristallide nemaatilises liikumises kui ka Bose’i-Einsteini kondensaatide kvantsüsteemides täheldatud dünaamikat.
