Учёные Женевского университета выяснили, как в коже млекопитающих формируются упорядоченные участки будущего роста волос. Исследователи изучили перемещение клеток под воздействием химических сигналов и создали математическую модель развития волосяных фолликулов. Результаты работы опубликованы в научном журнале PNAS.
Зачатки волос, перьев и большинства видов чешуи появляются ещё во время эмбрионального развития. Эти небольшие структуры называют плакодами, и у разных животных они располагаются по-разному. Ранее считалось, что у лабораторных мышей новая плакода выделяет вещество, препятствующее появлению других зачатков рядом с ней.
Согласно этой теории, по мере роста и растяжения кожи отдельные участки удаляются от уже появившихся плакод. Там воздействие химического сигнала ослабевает, что позволяет сформироваться новым структурам. Однако такую модель не удалось экспериментально подтвердить как универсальное объяснение различий в расположении волосяных фолликулов у разных видов.
Группа под руководством Атанасии Цики и Мишеля Милинковича рассмотрела другой процесс — хемотаксис, то есть движение клеток в ответ на изменение концентрации химических веществ. В модели подвижные клетки дермы, внутреннего слоя кожи, реагировали на сигнал, который выделяет эпидермис, наружный слой кожи. Компьютерное моделирование роста эмбриональной кожи воспроизвело последовательность формирования фолликулов у лабораторных мышей.
Затем исследователи проверили модель на иглистой мыши, у которой волосяные фолликулы расположены особенно регулярно и имеют выраженную направленность. Для этого они использовали данные трёхмерных изображений развивающейся кожи и учли особенности химических процессов и роста тканей у этого животного. Модель также смогла воспроизвести характерный рисунок расположения фолликулов иглистой мыши.
Полученные результаты указывают, что разные структуры могут возникать благодаря одному механизму самоорганизации клеток. Различия между видами, вероятно, связаны с тем, как клетки взаимодействуют друг с другом, реагируют на химические сигналы и растёт кожа. Таким образом, для формирования сложных узоров может быть достаточно простых биологических правил, а не отдельной подробной схемы развития для каждого вида.