Эпителиальные ткани, из которых состоят кожа, оболочки кишечника и других органов, образованы плотно прилегающими друг к другу клетками, по форме напоминающими многоугольники. Ранее было доказано, что клетки в здоровых эпителиях различных видов животных и растений располагаются по единому энергоэффективному принципу, имея определенное количество граней и соседей.
Однако оставалось неизвестным, сохраняется ли этот принцип у более высокоорганизованных структур, например кораллов, состоящих из тысяч мелких организмов — полипов.
Специалисты Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) и Университета Монпелье (Франция) сравнили клеточную структуру эпителия с расположением отдельных полипов в колониях кораллов.
Ученые исследовали расположение клеток эпителия шейки матки человека и почки обезьяны с помощью камеры в конфокальном микроскопе — приборе, позволяющем получать контрастные изображения тканей с высоким пространственным разрешением. С помощью микрокомпьютерной томографии были получены тысячи цифровых снимков колоний кораллов из семейств Faviidae, Merulinidae и Montastraeidae. Для каждого полипа исследователи определили количество его ближайших соседей и площадь, которую он занимает.
Сходство в морфологии монослоев эпителия и срезов кораллов. (а) Фрагмент слоя эпителия. (b) Срез коралла Montastrea sp. (с) Срез коралла Dipsastraea favus. (d) Срез коралла Favites abdita. Источник: Daria Roshal et al. / Physical Review Research, 2025
Оказалось, что распределение полипов по количеству соседей у всех исследованных кораллов практически идеально совпадает с клетками в эпителиях. Так, большинство (43–51 процентов) структурных элементов имели шесть соседей, 25–27 процентов — пять, и еще меньше — четыре, семь, восемь или девять соседей.
Ученые разработали компьютерную модель, которая объяснила такое распределение. Согласно ей, и клетки, и полипы ведут себя как частицы, которые отталкиваются друг от друга, если находятся слишком близко и перестают взаимодействовать на большом расстоянии.
Коллектив исследователей. Источник: Сергей Рошаль
По словам авторов исследования, разработанная модель может быть полезна для понимания механизмов развития тканей и заживления ран, а также для экологической оценки состояния коралловых рифов и в биомедицине.
«Очень разные по уровню организации биологические системы используют простой и универсальный физический принцип для построения своей структуры. Полученные знания важны, чтобы понимать механизмы восстановления и развития тканей в рамках направления регенеративной медицины», — рассказал руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, профессор кафедры нанотехнологии ЮФУ Сергей Рошаль, слова которого приводятся в сообщении.
По его словам, опираясь на эти принципы, можно также прогнозировать, как коралловые рифы, находящиеся под угрозой из-за изменения климата и загрязнения морей, будут реагировать на трансформацию окружающей среды. Сейчас французские коллеги ученых ЮФУ с помощью компьютерной микротомографии изучают образцы ископаемых кораллов.
