Механические силы могут управлять эволюцией, показало исследование на плодовых мушках

Экспрессия генов в эмбрионе Drosophila melanogaster. Ядра показаны серым цветом, а цвета представляют экспрессию генов slp1 (голубой), btd (пурпурный) и eve (желтый). Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09480-3

Исследователи из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка обнаружили, что механические силы могут играть ключевую роль в эволюционном развитии. Их работа, опубликованная в журнале Nature, показывает, как тканевая складка, известная как головная борозда, стабилизирует эмбриональные ткани во время развития плодовой мушки Drosophila melanogaster.

Эта складка, являющаяся эволюционной новинкой у мух, формируется между головой и туловищем эмбриона. Учёные интегрировали компьютерное моделирование с экспериментами и показали, что время и положение формирования головной борозды критически важны для её функции по предотвращению механической нестабильности в эмбриональных тканях.

Бруно К. Веллутини, ведущий автор исследования, объясняет: «Наши эксперименты показывают, что отсутствие головной борозды приводит к увеличению механической нестабильности эмбриональных тканей. Основными источниками механического стресса являются клеточные деления и движения тканей, типичные для гаструляции».

Экспрессия генов в головной борозде эмбриона Drosophila melanogaster. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09480-3

Исследователи создали теоретическую физическую модель, которая ведёт себя как эмбрионы мух. Карл Модес, соавтор работы, отмечает: «Мы обнаружили, что важны именно положение и время формирования. Чем раньше формируется головная борозда, тем лучше она работает как буфер, а при формировании вокруг середины эмбриона она демонстрирует наиболее сильный буферный эффект».

Параллельное исследование, также опубликованное в Nature, выявило два различных способа, которыми мухи справляются с компрессионным стрессом во время эмбрионального развития: либо через формирование головной борозды, либо через широко распространенное деление клеток вниз для уменьшения площади поверхности.

Павел Томанчак подводит итоги: «Наши результаты раскрывают эмпирические доказательства того, как механические силы могут влиять на эволюцию инноваций в раннем развитии. Мы показываем, что механические силы важны не только для развития эмбриона, но и для эволюции его развития».